СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АККУМУЛЯТОРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01M10/48 G01R31/36 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к эксплуатации аккумуляторных батарей.

Знание частотных характеристик химических источников тока (ХИТ) позволяет судить о работоспособности источников тока, техническом состоянии, степени заряженности, выполнять синтез систем автоматического управления процессом заряда.

Известны различные способы исследования частотных характеристик аккумуляторных источников питания, в частности путем определения активных и реактивных составляющих ее полного внутреннего сопротивления из условия равенства передаточных функций моделирующей установки и математического выражения полного внутреннего сопротивления батареи в операторной форме [1]
Недостатками способа являются малая точность из-за субъективности оценки совпадения переходных характеристик модели и батареи и большое время, затрачиваемое на определение параметров.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик ХИТ на основании измерения амплитуд и сдвига фаз синусоидального тока фиксированной частоты в аккумуляторе и напряжения на его клеммах [2] При этом ток, формируемый генератором синусоидального тока с регулируемой частотой, пропускают через ХИТ. Переменное напряжение, измеряемое на клеммах ХИТ как отклик на воздействующий ток, подают на специальное измерительное устройство, состоящее из блоков измерения амплитуды и измерения сдвига фаз между напряжением и током.

Для осуществления указанного способа требуется генератор сложной конструкции с целью обеспечения строго синусоидального тока 0,1 10 А различной частоты (0,01 1000 Гц), включающий генераторы напряжений прямоугольной и треугольной формы, формирователь синусоидального напряжения и источник тока, управляемый напряжением. Для измерения переменного напряжения на клемме аккумулятора необходимы приборы высокой чувствительности при ограничении пропускаемого через аккумулятор тока допустимой плотностью.

Способ практически применим для исследования частотных характеристик аккумуляторов малой емкости, так как реализация его при снятии характеристик источников большой емкости и повышенного напряжения, например, тяговых аккумуляторных батарей, требует создания генераторов синусоидального тока большой мощности с большим диапазоном частоты.

Задача изобретения повышение точности определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик всех типов аккумуляторов (включая тяговые аккумуляторные батареи) в широком диапазоне частот при упрощении конструкции измерительного устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе определения частотных характеристик аккумуляторных источников питания фиксируют несинусоидальные приложенные к батарее напряжение и ток в ней и, разлагая их в гармонический ряд Фурье, по значениям амплитуд и начальных фаз гармоник напряжения и тока определяют комплексные сопротивления батареи для каждой гармоники, их активные и реактивные составляющие.

Сравнение предлагаемого изобретения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию охраноспособности "изобретательский изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 кривые изменения напряжения и тока при питании аккумуляторной батареи от генератора прямоугольных импульсов.

Устройство содержит источник периодического несинусоидального напряжения 1, аккумулятор с последовательно соединенным безиндуктивным резистором 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3 с двумя входами, на которые подаются ток в аккумуляторе и напряжение на нем, электронную вычислительную машину 4.

Сущность способа определения частотных характеристик аккумуляторных источников питания заключается в следующем:
На исследуемый аккумулятор с последовательно включенным образцовым резистором 2 подают периодическое несинусоидальное напряжение от генератора. В качестве такого генератора может быть применен, например, генератор прямоугольных импульсов (типа Г 5-6А). Напряжение на безиндуктивном резисторе пропорционально току в аккумуляторе. Аналого-цифровой преобразователь с двумя входами или два преобразователя (типа Ф 422) через равные промежутки времени измеряют ток в аккумуляторе и напряжение на его клеммах. Например, питание аккумуляторной батареи можно осуществлять от генератора прямоугольных импульсов.

Возможно применение специального генератора, обеспечивающего форму напряжения с широким спектром высоких гармоник.

Измеренные несинусоидальные ток и напряжение, например, с помощью компьютера 4 раскладываются в ряды Фурье

По найденным значениям амплитуд тока I_mk, амплитуд напряжения U_mk и начальным фазам (ψ_iк, ψ_uк) для отдельных номеров К гармоник ряда вычисляют комплексные внутренние сопротивления аккумулятора

По комплексным сопротивлениям получают амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики аккумуляторных источников питания.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе отсутствует необходимость в генераторе строго синусоидального тока с регулируемой частотой, вследствие чего повышается точность определения частотных характеристик аккумуляторов, уменьшается время, затрачиваемое на проведение эксперимента и обработку результатов, появляется возможность использования этого способа в автоматизированных системах диагностики аккумуляторных батарей.

Проведенные исследования различных типов аккумуляторов подтвердили возможность использования предлагаемого способа для получения частотных характеристик и оценки технического состояния, степени заряженности и работоспособности аккумуляторных батарей.

Изобретение позволяет повысить точность определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик всех типов аккумуляторов в широком диапазоне частот. Для этого фиксируют несинусоидальные приложенные к батарее напряжение и ток в ней и, разлагая их в гармонический ряд Фурье, по значениям амплитуд и начальных фаз гармоник напряжения и тока определяют комплексные сопротивления батареи для каждой гармоники, их активные и реактивные составляющие. Знание частотных характеристик ХИТ позволяет судить о работоспособности источников тока, техническом состоянии, степени заряженности, выполнять синтез систем автоматического управления процессом заряда. 2 ил.

Способ определения частотных характеристик аккумкуляторных источников питания путем изимерения напряжения и тока батареи, отличающийся тем, что на аккумулятор подают несинусоидальное периодическое напряжение и через равные интервалы времени измеряют ток и напряжение с помощью аналого-цифрового преобразователя, а затем осуществляют разложение тока в аккумуляторе и напряжение на нем в гармонический ряд Фурье, по значениям амплитуд напряжения тока и начальных фаз определяют комплексное внутреннее сопротивление аккумулятора для отдельных частот и получают амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики.