Устройство для питания нагрузки

 

Союз Советсннх

Соцнаянстнческнв

Ресяубянк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ «i978272

И. Т. Перекопский, В. И. Корниенко и C. В." Иедведн уов (72) Авторы язобретеяяя (71) Заявятель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗ!(И

Изобретение относится к электротехнике, а более конкоетно к автономным устройствам электропитания нагрузки, в которых генератор работает совместно с буферной аккумуляторной батареей(А6), и может быть использовано на различного классса автоматических установках.

Известны устройства для электропитания нагрузки, состоящие из генератора и буферной AS, в которых контроль за процессом заряда и разряда

А6 осуществляется с помощью оеверсивного счетчика амперчасов (САЧф) и f2).

В таких устройствах по показаниям

САЧ, находящегося в зарядно-разрядной цепи АЬ, принимается решение о необходимости управления количеством электричества, поступающего в АБ от генератора.

В САЧ обычно вводят устройства, позволяющие учесть, что амперчасовая отдача А6 менее 1003. В. резуль2 тате при одинаковом токе САЧ воспринимает пои заряде менывее количество электричества, чем при разряде.

Разница выбирается исходя из !(ПД АБ по емкости $ 31.

s Вследствие того, что характеристи" ки AS изменяются под влиянием различных фактооов (циклирование, температура, давление и др.), в некоторые САЧ для приведения в соответст" !

О вие его показаний и реального состояния заряженности AS вводят коррекцию, например, по числу зарядно-разрядных циклов f4).

Известны также устройства, в ко-! торых периодически производится контрольный заряд AS до уоовня срабатывания датчика максимального напряжения при условии сброса САЧ (в момент срабатывания датчика) в фиксированное состояние (5).

Однако учет в САЧ всего комплекса факторов, влияющих на изменение емкостных характеристик AS, а также

3 9782 создание условий для постоянного asтоматического приведения в соответствие показаний САЧ и реального уровня заряженности РБ является до настоящего времени практически нерешенной задачей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для питания нагрузки, состоящее из генератора, буферной АБ, дат- i0 чиков разрядного и зарядного тока

AF, реверсивного счетчика ампер-часов, Ф соединенного с регулятором заряда, датчика окончания заряда АБ и корректора коэффициента передачи дат- И чика тока.

Счетчик ампер-часов производит интегрирование тока в процессе заряда и разряда АБ. 8 момент достижения некоторого фиксированного состояния счета, условно принятого за уровень полного заряда АБ и соответствующего моменту, когда воспринятое счетчиком восполненное количеотво электричества равно снятому в предшест- 2S вующих разрядах, счетчик ампер-часов выдает команду на регулятор для уменьшения зарядного тока АБ до заданной величины.

С целью автоматического периоди- л0 ческого приведения в соответствие показаний САЧ и реального уровня заряженности АБ устройство имеет два режима работы, получаемые за счет возможности изменения коэффициента передачи датчика зарядного тока и, соответственно, возможности варьирования момента достижения в САЧ фиксированного состояния счета.

3 одном режиме с каждым разрядно40 зарядным циклом происходит увеличение количества электричества в ЛБ на момент выдачи команды счетчиком, ко-, торое в конечном итоге приводит к срабатыванию датчика окончания эаря4S да. По сигналу этого датчика устроиство переходит в другой режим, характеризующийся тем, что с каждым разрядно-зарядным циклом происходит уменьшение количества электричества в АБ на момент выдачи команлы счетчиком. Пооаолжительность работы устройства во втором режиме определяется длительностью выдачи сигнала датчиком окончания заряда; после прекращения выдачи этого сигнала возобновляется первый режим работы.

В силу специфики работы этого устройства для АБ характерны периоди72 4 ческие заряды, .приводящие к срабатыванию датчика окончания заряда. При этом датчик окончания заряда (по сигналу которого производится сброс

САЧ в Фиксированное состояние счета и, таким образом, приводятся в соответствие показания САЧ и реальный уровень заряда АБ ) должен, естественно, реагировать на объективный параметр, характеризующий .полный заряд АБ, в качестве которого в герметичных АБ исйользуют пбвышение (до определенного уровня) давления газа внутри аккумуляторов (6).

Однако режим с постоянны л избыточным давлением приводит со временем к значительной потере емкости

АБ. Для АБ типа НКГ (К )одной иэ причин этого является. постоянное присутствие кислорода в газовой фазе в аккумуляторе, которое вызывает необ«3 ратимые потери активной массы электродов.

Таким образом, при длительной работе устройства имеет место снижение эффективности и ресурса АБ.

Кроме того, недостатком этого устройства является заложенное в принцип его действия отличие показаний САЧ от реального уровня заряженности АБ (в периоды, когда нет сигналов от датчика окончания заряда на вход сброса "САЧ в фиксированное состояние счета). Отсутствие достоверной текущей информации о состоянии АБ не позволяет планировать режимы включения нагрузки, соответствующие максимальным в данный момент возможностям АБ (no глубине разряда).

Недостатком является также некоторое уменьшение средней располагаемой АБ емкости при наличии сигнала датчика окончания заряда (при работе устройства во втором режиме).

Цель изобретения -. повышение эффективности использования АБ при ее многократном циклировании путем уменьшения количества зарядов АБ, при— водящих к газовыделению внутри аккумуляторов и путем увеличения степени соответствия текущих показаний СИЧ реальному уровню заряда А6.

Указанная цель достигается тем, что в.устройство, содержащее генератор постоянного тока, буферную аккуму ляторную батарею, в цепь которой включены датчики зарядного и разрядного тока, выходы которых соединены

9782

5 со счетными входами реверсивного счетчика ампер-часов, соединенного с регулятором заряда, и датчик предельного заряда АБ, выход которого подключен к входу сброса счетчика ампер-часов в фиксированное состояние счета, причем датчик зарядного тока выполнен с перестраиваемы л коэффи-1 циентом передачи, введены упреждающий датчик полного заряда АБ (напри- 16 мер, это датчик напряжения, настроенный таким образом, что его срабатывание. происходит перед началом газообразования в конце заряда A5) и три логические. схемы И, причем один вход 15 первой схемы И связан с упомянутым датчиком, второй вход - с выходом

САЧ, а выход схемы И соединен с входом регулятора заряда, прямой вход второй схемы И соединен с выходом 20 датчика предельного заряда АБ (например, этот датчик давления), инвертирующий - с выходом САЧ, а вы- . ход этой схемы соединен с управляющим на увеличение коэффициента пе- 25 редачи входом датчика зарядного тока, прямой вход третьей схемы И соединен с выходом САЧ, инвертирующий вход - с выходом управляющего дат" чика полного заряда АБ, а выход этой зф схемы соединен с управляющим на уменьшение коэффициента передачи входом датчика зарядного тока.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства для питания нагрузки.

Устройство состоит. из генератора .

1, подключенного через регулятор 2 заряда к аккуммуляторной батарее 3, датчика 4 разрядного тока аккумуля 4в торной батареи и датчика 5 зарядного тока аккумуляторной батареи, выходы которых соединены со счетными входами реверсивного счетчика 6 ампер-часов, логической схемы И 7, ф5 входы которой соединены с выходом счетчика 6 и с выходом упоеждающего датчика 8 полного заряда, а выход ее соединен с регулятором 2 заряда, логической схемы И 9, прямой вход которой соединен с выходом датчика

10 предельного заряда, инвертирующий - с выходом счетчика 6, а выход ее - с управляющим на увеличение коэффициента передачи входом датчиSS ка 5, логической схемы И 11, прямой вход которой соединен с выходом счетчика 6, инвертирующий - с выходом датчика 8, а выход ее - с управляющим

72 d на уменьшение коэффициента передачи входом датчика 5.

Устройство работает следующим образом, Генератор 1 осуществляет питание нагрузки постоянным током, при этом как мощность, вырабатываемая генератором, так и мощность, потребяемая нагрузкой, изменяются циклически каким-либо образом во времени. При превышении потребляемой мощности над вырабатываемой нагрузка использует энергию, накопленную в батарее 3, в результате чего последняя разряжается. Датчик 4 преобразует величину разрядного тока во входной сигнал счетчика б, который производит счет разрядной емкости.

При превышении вырабатываемой мощности над потребляемой происходит заряд батареи 3.. Датчик 5 преобразует величину зарядного тока во входной сигнал счетчика 6, который производит счет зарядной емкости. При этом датчик 5 выполнен с дискретно перестраиваемым коэффициентом передачи тока.

Если в процессе циклирования АБ зарегистрированное счетчиком 6 восполненное количество электричества станет равно снчтоиу в предыдущем разряде (достигнуто некоторое фиксированное состояние счета, условно принятое за уровень полного заряда

АБ), счетчик 6 (на время до момента начала очередного разряда батареи 3) выдает сигнал,.предназначенный дЛя ограничения регулятором 2 зарядного тока АБ.

В процессе работы устройства в зависимости от наличия или отсутствия .сигналов на выходах счетчика 6 и датчиков 8 и 10 возможны следующие ситуации.

Имеются сигналы на выходе САЧ и упреждающего датчика 8 полного заряда, сигнал на выходе датчика 10 отсутствует. Эта ситуация означает, что фиксированное состояние счета

САЧ практически соответствует уровню полного заряда АБ. На выходе схемы

И 7 появляется сигнал, который подается на регулятор 2. Последний уменьшает зарядный ток АБ до заданной величины (например, не вызывающий дальнейший заряд батареи 3, но обеспечивающий удержание ее в заряженном состоянии). Для этой ситуа7 9782 ции характерно, что регистрируемое счетчиком 6 на зарядном цикле количество электричества соответствует реально воспринимаемому батареей 3 и нет необходимости перестаивать коэффициент передачи тока в датчике 5; По этому на выходах схем И 9 и 11 в такой ситуации сигналов, предназначенных для изменения коэффициента передачи датчика 5, нет (ввиду того, что >6 на инвертирующих входах схем И 9 и 11 есть сигналы) .

Имеется сигнал на выходе САЧ, сигналы на выходах датчиков. 8 и 1О отсутствуют. Ситуация ознакачет, что в процессе циклирования АБ изменились ее характеристики (или изменились режимы циклирования) и реально она воспринимает меньше количества электричества, чем регистрируется счет- 2у чиком 6, и на момент срабатывания САЧ фактический уровень заряженности АБ меньше показаний счетчика. В этом случае сигнала на выходе схемы И 7 нет, и регулятор 2 не ограничивает 2s ток заряда батарей 3 (т.е. AS йродол" жает заряжаться, пока не сработает датчик 8; счетчик 6 при этом сохраняет фиксированное состояние счета).

Кроме того, создаются условия для 1ф срабатывания схемы И 11 (на прямом входе имеется сигнал от счетчика 6, на инвертирующем нет сигнала от датчика 8), и с ее выхода сигнал поступает на управляющий на уменьшение коэффициента передачи вход датчика 5.

В результате коэффициент передачи ступенчато изменяется на ближайшее меньшее значение, при котором за счет уменьшения регистрируемой счет- © чиком зарядной емкости (по отношению к реальной)батарее 3 будет сообщаться (на последующих зарядах) большее количество электричества до момента появления сигнала на выходе САЧ.

Если после некоторого количества разрядно-зарядных циклов опять будет иметь место ситуация, когда появля ется сигнал на выходе САЧ, а сигна лов на выходах датчиков 8 и 10 нет (т.е. или опять из ленились характеристики ЯБ, или новое значение коэффициента передачи недостаточно малое) произойдет изменение коэффициента передачи датчика 5 на очередное меньшее значение и т.д. Т.е. будет происходить адаптация скорости счета зарядной емкости счетчиком 6 к измене"i нию характеристик батареи 3, что обе72 8 спечивает соответствие показания САЧ реальному уровню заряженности АБ.

Имеются сигналы на выходах датчиков 8 и 10, сигнала на выходе САЧ нет.

Ситуация означает, что в процессе циклирования АБ так. изменились ее характеристики, что реально она воспринимает больше количества электричества, чем регистрируется счетчиком 6.

В этом случае .по сигналу датчика

10 предельного заряда происходит сброс счетчика 6 в фиксированное состояние счета, срабатывает схема И 7

А в результате чего регулятор 2 ограничивает ток заряда батареи 3.

Кроме того, в момент появления сигнала на выходе датчика 10 создаются условия для сбрасывания схемы

И 9 (на прямом входе имеется сигнал от датчика 10, на инвертирующем отсутствует сигнал от счетчика 6) и с ее выхода сигнал поступает на управляющий на увеличение кожффициента передачи вход датчика 5. В результате коэффициент передачи ступенчато изменяется на ближайшее большее значение, при котором за счет увеличения регистрируемой счетчиком зарядной емкости (по отношению к реальной) батарее 3 будет сообщаться (на последующих зарядах) меньшее количество электричества до момента появления сигнала на выходе САЧ.

При повторении этой ситуации вследствие нового изменения характеристик АБ или недостаточно большого значения коэффициента передачи проI изойдет изменение коэффициента передачи датчика 5 на очередное большее значение и т.д. Т.е. будет также происходить адаптация скорости счета зарядной емкости счетчиком 6 к изменению характеристик батареи 3, что обеспечивает соответствие показаний

САЧ реальному уровню заряженности

АБ, и, кроме того, прекращение заряда АБ будет в последующих циклах происходить на уровнях заряженности, предшествующих газовыделению внутри аккумуляторов АБ (т.е. будет происходить "уход" от газовыделения в конце заряда).

Прй соответствующем выборе дискретности уровней коэффициента передачи датчика 5 поддерживается практически полное соответствие между показаниями САЧ и уровнем заряженности АБ при любых возможных изме9 97827 нениях характеристик AS. Это позволяет проводить планирование режимов включения нагрузки, соответствукж1их максимальным в данный момент возможностям АБ по глубине разряда, и 5 таким образом более эффективно использовать, АБ.

Поддержание средней располагаемой емкости AS на более высоком уровне (по сравнению с прототипом) за счет 16 исключения режима, в котором на время выдачи сигнала датчиком окончания заряда происходит уменьшение распо" лагаемой АБ емкости, позволяет или использовать при тех же характеристиках нагрузки AS с меньшей номинальной емкостью, или обеспечить питание нагрузки в течение более длительного времени.

Уменьшение количества зарядов AS 20 до уровня срабатывания датчика предельного заряда (которые будут происходить лишь при изменениях характеристик AS, вызывающих определенное несоответствие в регистриоуемой счет- З чиком и воспринимаемой АБ емкостях 7 уменьшит потери емкости АБ, вызываемые газовыделением внутри аккумуляторов батареи при окончании ее заряда и сохраняет ее ресурс. 39

Расчет, проведенный с использованием математической модели АБ типа

НКГК, показал, что при дискретности коэффициента передачи датчика зарядного тока, равной 0,05 (диапазон коэффициента передачи от 1,00 до 1,40) поддерживается текущее соответствие между показаниями САЧ и реальным состоянием АБ с точностью 33, .средний уровень располагаемой емкости в AS по сравнению с прототипом увеличивается на 153, а количество зарядов

AS до уровня срабатывания датчика предельного заряда уменьшается не менее, чем в 2 раза.

Формула изобретения

Устройство для питания нагрузки, содержащее генератор постоянного тока типа солнечной батареи, буферную ак2 10 кумуляторную батарею, в цепь которои включены датчики зарядного и разрядного тока, выходы которых соединены .со счетными входами реверсивного счетчика ампер-часов, соединенного с регулятором заряда, и датчик предельного заряда аккумуляторной батареи, выход которого подключен к входу сброса счетчика ампер-часов в

Фиксированное состояние счета, причем датчик зарядного тока выполнен с перестраиваемым коэффициентом передачи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности использования аккумуляторной батареи при ее многократном циклировании, в него введены упреждающий датчик пол" ного заряда аккумуляторной батареи и три логические схемы И, причем входы первой схемы И соответственно соединены с выходом счетчика ампер-часов и с выходом упреждающего датчика полного заряда, а выход ее соединен с управляющим входом регулятора заряда, прямой вход второй схемы И соединен с выходом датчика предель" ного заряда, ее инвертирующий входс выходом счетчика ампер-часов, а выход - с управляющим на увеличение коэффициента передачи входом датчика зарядного тока; прямой вход тре тьей схемы И соединен с выходом счетчика ампер-часов, ее инвертируащий вход с выходом упреждающего датчика ! полного заряда, а выход - с управляющим на уменьшение коэффициента передачи входом датчика зарядного тока, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СПА И 3740636, кл. 320-2, 1973.

2. Патент CUA М 3421067, кл. 320-14, 1968.

3. Вайнел Дж. Аккумуляторные батареи. Госэнергоиздат, 1960, с. 314.

4. Патент ФРГ М 1513700, кл. 21 с 51/02, 1969.

5. Авторское свидетельство СССР

М 472421, кл. Н 02 J 7/34, 1973.

6. Авторское свидетельство СССР и 661683, кл. Н 02 J 7/34, 1976.

978272

Составитель И. Найдина

Редактор С. Пекарь Техред З.Палии 1(орректор Н.Буряк

Ф Ф

Заказ 9234/71 Тираж 669 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Л-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4