СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Российский патент 2005 года по МПК H01M10/48 H02J7/02 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока, и может быть использовано для контроля технического состояния, диагностики и улучшения обслуживания, например, свинцовых аккумуляторов.

Известна система диагностирования свинцовых аккумуляторных батарей (а.с.1783475(51), 5 G 05 В 23/02), содержащая блок обработки результатов измерений (БОРИ), датчики напряжения, по четыре датчика температуры электролита в каждом элементе АБ, первый из которых установлен ниже минимального уровня электролита, второй - в точке, соответствующей номинальному уровню, третий - на максимальном уровне, четвертый - выше максимального уровня электролита, а также управляемый усилитель для датчика тока, подключенного к первому АЦП. Все датчики температуры и напряжения через коммутатор подключены ко второму АЦП. Оба АЦП связаны с БОРИ. Целью указанного изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения плотности и уровня электролита. Указанное изобретение имеет следующие недостатки:

- определение плотности электролита по напряжению разомкнутой цепи (НРЦ), т.е. по ЭДС аккумулятора, требует длительного времени нахождения АБ в режиме «хранение» (не менее 24 часов после заряда);

- введение поправки к определенной по НРЦ плотности электролита путем интегрирования тока при разряде или при заряде АБ и расчет по величине отданной или полученной емкости (в ампер-часах), соответственно, уменьшения или увеличения плотности электролита приводит к накоплению ошибки при каждом повторении цикла «заряд - разряд АБ»;

- расчет уровня электролита по показаниям четырех датчиков температуры, установленных на разной высоте в аккумуляторе, требует наличия существенной разности температур электролита и воздушного пространства над поверхностью электролита. Однако такая разность температур практически может быть только при интенсивных токах разряда или заряда. В большинстве случаев ток, протекающий по АБ, сравнительно невелик и, кроме того, в месте раздела фаз отсутствует скачек температур, поэтому погрешность расчета уровня по разности температур будет высокой;

- при длительном режиме «хранения» АБ, т.е. при отсутствии тока, температуры электролита и воздушного пространства над уровнем электролита выравниваются между собой, поэтому исключается возможность расчета уровня электролита указанным способом;

- при искусственном создании разности температур, например, путем включения системы охлаждения и механического перемешивания электролита, возникает нестационарное изменение во времени температур, что приводит к зависимости рассчитанного значения уровня электролита от момента времени, в который были произведены измерения температур, т.е. к недостоверности результатов вычислений;

- в указанной системе все датчики напряжения и температуры, относящиеся к различным аккумуляторам батареи, подключены через коммутатор к одному АЦП, поэтому разность потенциалов между входными контактами коммутатора (при последовательном соединении до 120 аккумуляторов в батарею) может достигать 360 В и АЦП будет соответственно периодически попадать под изменяющийся потенциал относительно земли, что может привести к пробою изоляции не только коммутатора и АЦП, но и связанного с ним БОРИ. Кроме того, для соединения датчиков с одним коммутатором требуется большое количество соединительных линий.

Наиболее близким техническим решением к изобретению (прототипом) является устройство контроля аккумуляторной батареи (RU 940260055 А1, МПК Н 01 М 10/48, опубликовано 20.05.96). Устройство состоит из корпуса, внутри которого расположены электроды, пробка и клапан для предотвращения выливания электролита, а в пробку аккумулятора встроены датчики измерения: уровня, температуры и плотности электролита. Эти датчики подключены к системе измерения, состоящей из блока питания, системы сравнения, системы управления, системы индикации и сигнализации и высокочастотного усилителя.

В указанном устройстве обеспечивается повышение точности измерения плотности, температуры и уровня электролита по сравнению с описанным выше устройством. Однако для соединения датчиков с системой измерения также требуется большое количество соединительных линий. Кроме того, устройство не выполняет функции измерения тока, напряжения на аккумуляторах, напряжения между полюсами АБ и между каждым полюсом АБ и корпусом, по результатам измерений которых можно рассчитать сопротивление изоляции АБ.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей и надежности системы, а также на сокращение числа соединительных линий за счет того, что система, содержащая блок обработки результатов измерений, датчики температуры, плотности и уровня электролита в элементах АБ, дополнена датчиком тока АБ, датчиком напряжения АБ, поочередно подключающимся через коммутатор между полюсами АБ или между каждым полюсом АБ и корпусом, и датчиками напряжения на каждом аккумуляторе. Все датчики (напряжения на аккумуляторе, температуры, плотности и уровня электролита), относящиеся к одному элементу АБ, присоединены к микроконтроллеру, содержащему коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, установленному на крышке аккумулятора вместе с конвертором напряжения, обеспечивающим питание микроконтроллера и датчиков от обслуживаемого аккумулятора АБ. Датчики напряжения между полюсами АБ и тока АБ также снабжены микроконтроллерами. Все микроконтроллеры соединены через устройства гальванической развязки с моноканалом локальной вычислительной сети, образованным линией связи между первым и вторым последовательными портами контроллера, соединенного с блоком обработки результатов измерений.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемой системы диагностирования свинцовых аккумуляторных батарей.

Она состоит из блока обработки результатов измерений 1, контроллера локальной вычислительной сети (КЛВС) 2, датчика напряжения АБ 3, датчика тока АБ 4. Напряжение на каждом аккумуляторе измеряется с помощью датчика напряжения 5, а в электролит аккумулятора помещены датчики температуры (ДТ) 6, уровня (ДУ) 7 и плотности (ДП) 8 электролита. Датчик напряжения АБ с помощью коммутатора 9 поочередно подключается между полюсами АБ или между каждым полюсом АБ и корпусом (не показан). Выход коммутатора 9 соединен с микроконтроллером 10. Питание коммутатора 9 и микроконтроллера 10 осуществляется от конвертора напряжения 11. Датчик тока также соединен микроконтроллером 10, питаемым от конвертора напряжения 11. Все датчики (5, 6, 7, 8), относящиеся к одному аккумулятору, подключены к микроконтроллеру 10, установленному на крышке соответствующего аккумулятора вместе с конвертором напряжения 11, обеспечивающим питание микроконтроллера и датчиков от этого же аккумулятора АБ. Количество комплектов, состоящих из датчиков (5, 6, 7, 8), микроконтроллеров 10 и конверторов напряжения 11, соответствует числу аккумуляторов в батарее. Каждый микроконтроллер 10 системы снабжен устройством гальванической развязки 12, через которые они соединены с моноканалом локальной вычислительной сети 13, образованным линией связи между первым и вторым последовательными портами контроллера локальной вычислительной сети 2, который имеет двустороннюю связь с блоком обработки результатов измерений 1.

Описываемая система осуществляет непосредственный контроль параметров: плотности, уровня и температуры электролита в аккумуляторах, напряжений на всех аккумуляторах, тока АБ, напряжения между полюсами АБ, или между каждым полюсом АБ и корпусом, по результатам измерений которых можно рассчитать сопротивление изоляции АБ. Микроконтроллеры 10 производят прием сигналов от датчиков, аналого-цифровое преобразование, предварительное сглаживание высокочастотных пульсаций, вызванных шумами в электронной схеме и внешними электромагнитными наводками, масштабирование и запоминание входных измерительных сигналов до получения команды от контроллера 2. По запросу контроллера 2 микроконтроллеры 10 преобразовывают измерительные данные в последовательный код и передают их через устройства гальванической развязки 12 в моноканал локальной вычислительной сети 13.

Измерение напряжений на всех аккумуляторах с помощью датчиков 5 позволяет выявлять «отстающие» аккумуляторы, своевременно прекращать разряд, не допуская снижения напряжения ни на одном из аккумуляторов ниже предельного значения. Таким образом предотвращается выход из строя аккумуляторов. Контроллер локальной вычислительной сети 2 периодически опрашивает микроконтроллеры 10, установленные на аккумуляторах, или микроконтроллеры устройств контроля напряжения АБ, или тока АБ. Благодаря тому, что моноканал локальной вычислительной сети 13 образован линией связи между первым и вторым последовательными портами контроллера, повышается надежность передачи информации, так как в случае обрыва линии связи опрос микроконтроллеров может производиться через второй последовательный порт. Контроллер 2 производит предварительную обработку результатов измерений (контроль достоверности, сглаживание высокочастотных пульсаций, масштабирование, перерасчет плотности на номинальный уровень и температуру, определение выхода параметров за допустимые пределы или отклонения их от планируемых значений) и передает информацию в блок обработки результатов измерений 1. В блоке обработки результатов измерений 1 производятся расчеты по результатам измерений: сопротивления изоляции АБ; количества электричества (емкости), сообщенного за заряд и полученного от АБ на момент контроля при разряде; остаточной емкости АБ на момент контроля разряда; времени до наступления момента полного разряда АБ текущим значением тока. Кроме того, с помощью блока обработки результатов измерений 1 можно осуществлять: планирование мероприятий по обслуживанию АБ; предупреждение о необходимости проведения плановых мероприятий; выдачу оперативных рекомендаций по изменению режима работы АБ при отклонениях от планов заряда или разряда, по включению или отключению вентиляции, механического перемешивания электролита в аккумуляторах, системы водяного охлаждения. Возможны различные формы вывода информации на дисплей; сопровождение информации по аварийной ситуации световым и звуковым сигналом. Таким образом расширяются функциональные возможности системы.

Благодаря непосредственному измерению параметров (плотности и уровня электролита в аккумуляторах) снижается погрешность их определения. Гальваническая развязка микроконтроллеров от локальной вычислительной сети предотвращает попадание высоких потенциалов, связанных с последовательным соединением аккумуляторов в батарею, в контроллер 2 и блок обработки результатов измерений 1, что повышает надежность системы диагностирования АБ. Установка микроконтроллеров 10 на крышках аккумуляторов вместе с конвертором напряжения, обеспечивающим питание микроконтроллера и датчиков от обслуживаемого аккумулятора АБ, сокращает число соединительных линий.

Изобретение предназначено для непосредственного непрерывного автоматического контроля параметров свинцового аккумулятора напряжения на каждом аккумуляторе, температуры, плотности и уровня электролита, а также напряжения между полюсами АБ и тока АБ, для чего система оснащена соответствующими датчиками. Все датчики (напряжения на аккумуляторе, температуры, плотности и уровня электролита), относящиеся к одному элементу АБ, присоединены к микроконтроллеру, содержащему коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, установленному на крышке аккумулятора вместе с конвертором напряжения, обеспечивающим питание микроконтроллера и датчиков от аккумулятора АБ. Датчики напряжения между полюсами АБ и тока АБ также снабжены микроконтроллерами. Все микроконтроллеры соединены через устройства гальванической развязки с моноканалом локальной вычислительной сети, образованным линией связи между первым и вторым последовательными портами контроллера, соединенного с блоком обработки результатов измерений. Система позволяет повысить точность определения параметров аккумуляторов, сократить число соединительных линий и расширить функциональные возможности системы. 1 ил.

Система диагностирования свинцовых аккумуляторных батарей (АБ), содержащая блок обработки результатов измерений, датчики температуры, плотности и уровня электролита в элементах АБ, отличающаяся тем, что система снабжена контроллером, датчиком напряжения АБ, поочередно подключающимся через коммутатор между полюсами АБ или между каждым полюсом АБ и корпусом, датчиком тока АБ, датчиками напряжения на каждом элементе АБ, причем датчики напряжения и датчики температуры, плотности и уровня электролита, относящиеся к одному элементу АБ, присоединены к микроконтроллеру, установленному на крышке аккумулятора вместе с конвертором напряжения, обеспечивающим питание микроконтроллера и датчиков от обслуживаемого аккумулятора АБ, а датчики напряжения между полюсами АБ и тока АБ также снабжены микроконтроллерами, и все микроконтроллеры соединены через устройства гальванической развязки с моноканалом локальной вычислительной сети, образованным линией связи между первым и вторым последовательными портами контроллера, соединенного с блоком обработки результатов измерений.