Устройство для определения степени заряженности аккумуляторной батареи Советский патент 1983 года по МПК H01M10/48 

Изобретение относится к aJteKTpoтехнике и может быть использовано для контроля тяговых аккумуляторных батарей, применяе а1х, напрю ер, на рудничных аккумуляторных jieKTpoBOзах. Известны устройства для контроля емкости аккумуляторной батареи, основанные на интегрирующих приборах (счетчиках ампер-часов), которые ре гистрируют разность между зарядной емкостью батареи и емкостью, отданной в нагрузку {, {21. Однако отсутствие в этих устройс вах оценки разрядной емкости в зави симости от конечного напряжения и температуры предопределяет переразряд аккумуляторной батареи, что ве дет к сокращению срока ее службы. Известно осуществление измерения зарядного состояния гальванических источников энергии путем контроля з ряженности аккумуляторной батареи в зависимости от ее( температуры и с ограничением по конечному напряже нию С 3 . Однако отсутствие здесь учета зависимости разрядной емкости батареи от тока разряда и наличие только интегральной оценки остаточной емкости по току разряда обуславлизвает не точность в определении запаса емкости Наиболее близким к изобретению по технической сути и достигаемо му результату является устройство для контроля степени заряженнооти аккумуляторной батареи, содержащее датчик тока в цепи батареи, подключенный через усилитель, преобразователь напряжения в частоту и схему ИЛИ к реверсивному счетчику амперчасов, блок сравнения, генератор импульсов , пропорциональных току саморазряда батареи/ связанный со схемой ИЛИ, тес юдатчик в батарее, два вычислительных блока, запрограмированных серией графиков, выражающих серией графиков, выражающих соответству ащую параметрическую зависимость батареи, определенным образом подклю ченные к усилителю, термодатчику и .блоку сравнения 41. Известное устройство обеспечивает определение заряженности аккумулятор ной батареи путем сравнения отданного в нагрузку количества электричест ва с эксплуатационной разрядной емкостью аккумуляторной батареи, т.е. с емкостью, которую реально может от дать батарея при разряде до определенного конечного напряжения при задан ных тепловом режиме и разрядном токе. Согласно известному устройству отданная во внешнюю нагрузку емкость О за период времени будет равна: Q(t)JiU)at, где i(t) - Функция тока разряда; а ресурс емкости (остаточная емкость) аккумуляторной батареи на момент времени f будет равен разности между разрядной емкостью батареи при соответствующем моменту f токе разряда- и ранее отобранной емкостью: C(T)-Qp(t)-jMi)di, где с(7г) ресурс емкости аккумуляторной батареи на момент времени эксплуатационная разрядная емкость аккумуляторной батареи при токе разрядаток разряда батареи в момент времени . Недостатком известного уотройства для контроля заряженности аккумуляторной батареи является отсутствие однозначности при определении остаточной емкости батареи при изменяющихся токах разряда, так как величина остаточной емкости, характеризуемая зависимой от тока р азрядной емкостью, строго .подчинена величине разрядного тока на момент измерения. И поскольку ресурс емкости батареи находится в постояином количественном Соотношении с конкретной величиной разрядного тока, оценить величи|ну фактически оставшейся в батарее емкости и определить режим разряда для дальнейшего использования этоР емкости по показаниям индикатора, изменякадимся . (колеблющимся) в соответствии с вариацией тока разряда, достаточно сложно. Целью изобретения является повышение точности определения степени заряженности аккумуляторной батареи при изменяющихся токах разряда. Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения степени заряженности аккумуляторной батареи, содержащее датчик тока в цепи батареи и датчик температуры ба- . тареи, выходы которых подключены соответственно на первый и второй входы блока вычисления эксплуатационной разрядной емкости, элемент сравнения, вход которого соединен с выходом интегратора а выход - с индикатором, снабжено блоком умножения, блоком деления и задатчиком номинальной разрядной емкости, вход которого соединен с выходом датчика температуры, а выход - с вторым входом элемента сравнения и первым входом блока еления, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления ксплуатационной разрядной емкости., а выход блока деления - с первым вхоом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход блока умножения подклю чен -к входу интегратора. . , На фиг. 1 приведен вид эксплуатационной разрядной характеристики Qp(i химического источника тока на фиг. 2 - функциональная схема уст ройства. Уетройство для определения зарЯ женности аккумуляторной батареи со держит аккумуляторную батарею 1, дат чик 2 тока батареи, внешнюю нагрузку 3 батареи, датчик 4 температуры батареи, блок 5 вычисления эксплуатационной разрядной емкости батареи, эадатчик 6 номинальной разрядной ёмкости батареи, блок 7 деления, блок 8 умножения, интегратор 9, элемент 10 сравнения и индикатор 11. Предлагаемое устройство позволяет определить в процессе разряда батареи ее текущую остаточную емкость, которая и является показателем состояния батареи. Поскольку величина остаточной емкости батареи зависит от всей предыстории разряда и является функцией тока и времени от начала разряда до момента измереиия, в данном случае вводится в качестве дополнительной характеристики заряженного состояния аккумуляторной батареи понятие уровня заряженностиИ , который принимается как отношение остаточной емкости С(ЭД) .к эксплуатационной разрядной емкости батареи QptI при определенном и постоянном по величине тока разряда:CU.t) где С(1, t) - остаточная емкость (рюсурс емкости) бата реи на момент времени t при ее разряде пос-. тоянным по величине током 3 ; 0(I) - эксплуатационная разряд. ная емкость батареи : (полная отдаваемая батареей емкость при опредет ленных конечном напряжении и температуре батареи) при разряде током 3 В частном случае для режима разря да номинальным током уровень заряжён ностибудет характеризоваться отношением:у, -CdM.i) Qpdh) Предполагается, что аккумуляторная батарея в течение того же промежутка времени условно разряжалась но минальным током, причем уровень эаряженности батареи на момент измерения равен уровню заряженности при разряде реальным постоянным током,т.е. предполагается эквивалентное состояние батареи, для которого С учетом эквивалентности состояний на фиг. 1 (тонкиси линиями) представлено семейство характеристик при одинаковых урювнях заряженности. В частности, для характеристики (i) (эксплуатационной разрядной емкости) rt-Or т.е. запас емкости равен нулю. Таким образом, запас емкости батареи при условном номинальном режиме разряда составит: Г(( --ойо откуда с учетом того, , получаем отношение между отданными емкостями при реальном и условном разрядах : ,,.. .. QpUv.) Поскольку в обоих случаях продолжительность разряда одинакова и равна реальному времени разряда, на основании выражения (7) получаем: I - ) QpO) (Коэффициент приведения тока, равный отношению номинальной разрядной емкости кразрядной емкости при токе 3 , ЕслиСО З - запас емкости батареи на момент времени t при разряде изменяющимся за это время по величине током, то с учетом того, что в течение малого интервала времени ut значение разрядного тока может быть принято постоянным и равным л (.±) , запас емкости батареи на момент времеНи t--ut с учетом выражения (8) составит:)))i «-Quo,(9) QP и) 4 ткуда переходом к пределу при А Ч ПОлучаек дифференциальное уравнение: ас ОрОн).,., , „, ° решением которого при .начальном условии С(.о) - Qр (OYI) будет: с учетом изложенного устройство ункционирует следующим образом.

Разрядный ток аккумуляторной батареи 1 фиксируется датчиком тока 2, причем величина тока зависит от величины внешней нагрузки 3 и ее ва- . риацди. Тепловой.режим аккумуляторной .батареи, регистрируется датчиком 4 температуры батареи. В зависимости от величины разрядного тока и температуры батареи блоком 5 вычисления эксплуатационной разрядной емкости батареи определяется макси 1ально возможная при заданных условиях величина разрядной емкости батареи, а ве-личина номинальной разрядной емкости батареи задается задатчиком 6. Сигналы, пропорциональные разрядной емкоети батареи при номинальном токе разряда и разрядной емкости батареи при текущем токе разряда, поступают в блок 7 деления, в котором делением сигнала, пропорционального лервой, на сигнал, пропорциональный второй емкости, определяется коэффициент приведения тока. Сам процесс приведения происходит в блоке 8 умножения, в котором сигнал, пропорциональный текущему значению разрядного тока.

умножается на коэффициент приведения.

Приведенный к условному номинальному режиму разряда фактический разрядный ток .батареи интегрируется в интеграторе 9, выходной сигнал котоiporb вычитается в элементе 10 сравнения из сигнала, пропорционального номинальной разрядной емкости. Сигнал, пропорциональный величине оставшейся в батарее емкости, поступает на индикатор 11, шкала которого может быть проградуирована в абсолютных или относительных единицах величины номинальной разрядной емкости.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить стабильную однозначную оценку, состояния аккумуляторной батареи, которая не зависит ни от величины тока разряда, ни от его вариации. Улучшение качества контроля состояния аккумуляторной батареи приводит к более рациональному использованию емкости аккумуляторов и увеличению их срока службы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЗАРЯЖЕННОСТИ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, содержащее датчик тока в цепи батареи и датчик температуры батареи, выходы которых подключены соответственно на первый и второй входы блока вычисленияэксплуатационной разрядной емкости, элемент сравнения, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с индикатором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при изменяющихся токах разряда, оно снабжено блоком умножения, блоком деления и згщатчиком наминальной разрядной емкости, вход которого соединен с выходом датчика температуры, а выход - с вторым входом элемента сравнения и первьвл входом блока деления, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления эксплуатационной разрядной емкости, а выход блока деления - с первым входом (Л блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход блока умножения подключен к ,. входу интегратора. 4 00 САЭ эо