СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОГО ИЛИ НЕКОТОРОЙ СОВОКУПНОСТИ АККУМУЛЯТОРОВ В ПРОЦЕССЕ ИХ ЗАРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01M10/42 G01R31/36 

Изобретение относится к области измерительной техники и автоматики и может быть использовано в электротехнической промышленности для исследования и контроля качества электротехнических аккумуляторов при их разработке и производстве.

Известны способы исследования и контроля состояния аккумуляторов, основанные на измерении напряжения на них как в процессе заряжения, так и в процессе разряда [1-4]
Известны также и устройства, позволяющие осуществлять такие исследования [2-5]
Однако все указанные способы и устройства для их реализации не предназначены для проведения одновременно заряжения и всестороннего исследования резистивных и релаксационных характеристик аккумуляторов и самого процесса заряжений. В то же время, как показывают результаты исследований, совместное изучение разрядных (резистивных) и релаксационных характеристик источника тока (последних после прекращения соответствующего разряда) позволяет получить более полную информацию относительно свойств источников тока. А исследование самого процесса заряжения должно содействовать выбору наиболее оптимального режима заряжения. Патенты США 4460870 и 4514694 [3, 4] защищают метод и устройство для определения состояния заряжения аккумулятора. Последнее определяется по величине напряжения на аккумуляторе через некоторое время после прерывания тока х3] либо по двум измерениям напряжения на аккумуляторе через некоторый промежуток времени после прерывания тока. Патент США 4295097 [2] защищает метод и устройство для измерения емкости заряда электрохимической ячейки в процессе заряжения ее в режиме ступенчатого изменения приложенного напряжения. На каждой ступени напряжения измеряется временная зависимость тока, проходящего через ячейку. Причем, емкость определяется по результатам измерений в моменты времени, когда ток заряжения достигает некоторой малой величины на очередной ступени напряжения.

Наиболее близкий к заявляемому способ одновременно заряжения и исследования аккумулятора защищает патент США 4947124 [1] В этом способе процесс заряжения разбит на циклы, каждый из которых заканчивается коротким промежутком измерений напряжения на аккумуляторе в процессе его заряжения и разряжения. Далее проводят вычисления внутреннего сопротивления аккумулятора в различных состояниях заряжения и разряжения, на основании которых делают выводы о состоянии аккумулятора. Однако, в цитируемом способе-прототипе измерения проводятся в процессе реализации циклограммы, которая очень усложнена и слишком специализирована и не предназначена для исследования самого процесса заряжения. В то же самое время, исследования показывают эффективность изучения резистивных и релаксационных свойств источников тока на простых циклограммах, в режиме кратковременных циклов ток-пауза. К тому же, более простые циклограммы заряжений-исследований технически проще реализуемы и более естественным образом включают возможность автоматизации процесса заряжения-исследования.

Существуют устройства, на которых мог бы принципиально быть реализован способ, например компьютеризированный комплекс фирмы Арбин [5] для проведения различных исследований и испытаний источников тока. Однако, это - универсальный и достаточно дорогостоящий испытательный комплекс. В то же самое время, отсутствуют простые, не столь дорогие и многофункциональные устройства, которые позволяли бы реализовать заявленный способ. В качестве прототипа для заявленного устройства использовано устройство, защищенное патентом США 4295027 [2]
Целью изобретения является создание эффективного и технически просто реализуемого способа измерений для возможности более всестороннего исследования электрических характеристик одного или некоторой совокупности аккумуляторов в процессе из заряжения и исследования самого процесса заряжения, а также создание устройства заряжения аккумуляторов, позволяющего реализовать заявленный способ наиболее экономным образом.

Поставленная цель достигается следующим образом.

Заявленный в пункте 1 формулы изобретений способ заключается в измерении напряжений на аккумуляторах в процессе заряжения и отличается тем, что при проведении процесса заряжения одного или некоторой совокупности аккумуляторов последний разбивается на последовательные циклы заряжение-пауза для каждого аккумулятора (при паузе ток через аккумулятор не пропускается) и проводится некоторое количество измерений напряжений на каждом из заряжаемых аккумуляторов в некоторые моменты времени в каждом цикле как в процессе собственно заряжения, так и в процессе паузы. Заявленный в пункте 1 формулы изобретения способ в отличие от способа-прототипа позволяет проводить одновременно заряжение некоторой совокупности аккумуляторов от одного источника тока и всестороннее исследование резистивных и релаксационных характеристик аккумуляторов и самого процесса заряжения на простых циклограммах ток-пауза.

Заявленное в пункте 2 формулы изобретения устройство содержит блок заряжающего источника тока (БИТ), блок схем коммутации токовых и измерительных цепей (БСК), позволяющих осуществлять электрические подсоединения каждого заряженного аккумулятора к измерительному выходу (ИВ) заявленного устройства для измерения напряжений на аккумуляторах, шину управления для подачи команд управления к схемам БСК и заряжающему источнику тока, связанную с блоком автономного автоматизированного управления или компьютером, и отличается тем, что схемы коммутации БСК выполнены с возможностью осуществления выбранной циклограммы последовательных во времени электрических подсоединений и отсоединений каждого отдельного аккумулятора в электрическую цепь одного и того же заряжающего источника БИТ последовательно к последнему и подсоединений каждого аккумулятора к измерительному выходу устройства во время отсоединенного состояния аккумулятора.

Заявленное в пункте 2 формулы изобретений устройство в отличии от устройства-прототипа позволяет проводить одновременно заряжение некоторой совокупности аккумуляторов и реализацию заявленного способа. Причем, в отличие от аналогов заявленное устройство позволяет делать это наиболее экономным путем, с единым заряжающим источником тока и единым измерительным каналом.

На чертеже изображен один из возможных вариантов заявленного устройства.

Цифрой 1 на чертеже обозначен блок заряжаемых аккумуляторов (БЗА). Цифрой 2 блок заряжающего источника тока (БИТ), 3 измерительный выход (ИВ) заявленного устройства. Схемы коммутации блока схем коммутации (БСК), обозначенные на чертеже цифрами 4, 5, 6, 7 осуществляют коммутации в соответствии с командами управления, поступающими к ним по шине управления 8. Схема коммутации 4 осуществляет электрическое подсоединение каждого заряжаемого аккумулятора из БЗА к ИВ для измерения напряжения на нем. Схема коммутации 5 осуществляет последовательное во времени электрическое подсоединение каждого отдельного заряжаемого аккумулятора из БЗА в электрическую цепь заряжающего источника тока БИТ (2) последовательно к последнему. С помощью схемы коммутации 6 и набора резисторов 9 осуществляется согласование возможного диапазона изменений внутренних сопротивлений и э.д.с. аккумуляторов в процессе заряжения с возможным диапазоном изменений параметров БИТ для поддержания заданного тока заряжения, а с помощью схемы коммутации 7 осуществляется электрическое подсоединение заряжающего источника тока 2 к измерительному выходу ИВ заявленного устройства для контроля заданной величины тока заряжения.

Работа заявленного устройства осуществляется следующим образом. Заряжаемые аккумуляторы электрически подключают к заявленному устройству. Устанавливают в блоке автономного автоматизированного управления или вводят в компьютер временные и токовые параметры циклограммы процесса заряжения, нормальные и аварийные критерии прекращения заряжения. Указывают моменты измерения напряжения на аккумуляторах в течение каждого цикла заряжение-пауза в зависимости от конкретных целей исследования и указывают тип обработки результатов измерений и характер представления результатов исследования, как в процессе заряжения-исследования, так и по завершении последнего. В процессе работы устройства при последовательных по времени циклах заряжение-пауза каждого заряжаемого аккумулятора автоматизировано поддерживается заданный ток заряжения в периоды собственно заряжения и проводятся измерения напряжений на заряжаемых аккумуляторах в заданные моменты времени в течение каждого цикла. А также выводятся результаты исследования в выбранной форме на монитор или некоторое иное устройство.

Сущность изобретения: производят измерение напряжений на аккумуляторах в процессе заряжения, при этом процесс заряжения одного или некоторой совокупности аккумуляторов разбивается на последовательные циклы заряжение-пауза для каждого аккумулятора и проводится некоторое количество измерений напряжений на каждом из заряжаемых аккумуляторов в некоторые моменты времени в каждом цикле как в процессе собственно заряжения, так и в процессе паузы. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерений для определения электрических характеристик одного или некоторой совокупности аккумуляторов в процессе их заряжения и одновременно исследования самого процесса заряжения, заключающийся в измерении напряжений на заряжаемых аккумуляторах, отличающийся тем, что при проведении процесса заряжения последний разбивается на последовательные по времени циклы заряжение пауза (при паузе ток не пропускается через аккумулятор) и производится некоторое количество измерений напряжения на каждом из заряжаемых аккумуляторов в некоторые моменты времени в каждом цикле как в процессе собственно заряжения, так и в процессе паузы. 2. Устройство для проведения измерений при определении электрических характеристик одного или некоторой совокупности заряжаемых аккумуляторов в процессе их заряжения и одновременно исследования самого процесса заряжения, содержащее блок заряжающего источника тока, блок схем коммутации токовых и измерительных цепей, позволяющий осуществлять электрические подсоединения каждого заряжаемого аккумулятора к измерительному выходу устройства для измерения напряжений на заряжаемых аккумуляторах, шину управления для подачи команд управления к схемам коммутации и заряжающему источнику тока, связанную с блоком автономного автоматизированного управления или компьютером, отличающееся тем, что схемы коммутации выполнены с возможностью осуществления выбранной циклограммы последовательных во времени электрических подсоединений и отсоединений каждого отдельного аккумулятора в электрическую цепь одного и того же заряжающего источника тока последовательно к последнему и подсоединений каждого аккумулятора к измерительному выходу устройства во время отсоединенного состояния аккумулятора.