Способ контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК H01M10/48 

D 00

2. Устройство для контроля состояНИН аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда, содержащее последовательно включенные в цепь бата реи датчик тока, прерыватель и наг рузку, измеритель напряжения и элемент сравнения, первый вход которого подключен к задатчику минимального напряжения, а выход через триггер к блоку индикации, о т л и ч а ю ; щ е е с я тем, что,|с целью повышения точности контроля, оно снабжено вторым измерителем напряжения, элементом НЕ, двумя блоками вычитания, делителем напряжения, задатчиком номинального тока и блоком умножения, причем выход первого измерителя напряжения соединен с первым входом первого блока вычитания, второй вход которого подключен к вьаходу блока умножения, а выход ко второму входу элемента сравнения, управляющий вход второго измерителя напряжения соединен с выходом прерывателя и через элемент НЕ - с управлякяцим входом первого измерителя напряжения а выход соединен с первым входом второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первэго измерителя напряжения, выходы второ1 го блока вычитания и датчика тока

подключены соответственно на первый и второй входы делителя, выход

.которого соединен с первым входом блока умножения, вторйй вход которого подключен к задатчику номиналь- ного тока, причем вход второго измв рителя напряжения объединен с входом первого, а второй вход блока индикации подключен к выходу первого блока вычитания.

1. Способ контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме им пульсного разряда путем измерения текущих значений напряжения батареи и разрядного тока и сравнения напряжения батареи с минимально допустимым при этом токе разряда напряжением, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, по величинам напряжения, разрядного тока и дополнительно измеренной ЭДС батареи определяют внутреннее сопротивление батареи, а по разности между ЭДС и падением напряжет ния при номинальном разрядном токе на внутреннем сопротивлении батареи определяют приведенное к номинальному режиму разряда напряжение батареи, которое сравнивают cJлинимaльнo допус- „ тимым при номинальном токе разряда напряжением, и по величинам рассогласования сравниваемых напряжений . судят о зарядном состоянии аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при испытаниях и эксплуатации химических источников тока, применяемых например, для рудничных аккумуляторных электровозов.

Известен способ контроля зарядного аккумулятора путем измерения параметров его работы при подключении аккумулятора на контролВное сопротивление l . Степень заряженности аккумулятора согласн способу определяют путем вычитания из напряжения, равного разности ЭДС батареи и опор- , ного напряжения, величины, пропорциональной падению напряжения на . аккумуляторе..

Недостатком известного способа является ограниченность его функциональных возможностей, так йак он применим только для испытаний аккумулятора в лабораторных условиях, а не для текущего контроля состояни аккумулятора, нагруженного на реальную нагрузку. При использовании вместо контрольного сопр отивления реальной нагрузки,, которая может существенно изменяться, определение состояния аккумулятора производится с существенными погрешностями. Применение известного способа, основанного на подключении контрольного сопротивления, в периоды отключения нагрузки приводит к нарушению режим работы основной нагрузки, например, к нарурлению режима коммутации, и к

нерациональному использованию энергии аккумул гтора из-за потерь на контрольном сопротивлении.

Известен также способ контроля

степени заряженности аккумуляторной батареи, состоящей из двух последовательных секций, по величине их внутреннего сопротивления путем измерения напряжений и токов при поочередном подключении к нагрузке каждои секции батаре и вычисления внутреннего сопротивления всей батареи по отношению среднедействующего Напряжения и суммы токов от каждой

секции С2J.

Недостатками известного способа контроля являются наличие погрешностей в изглерениях из-за неидентичности ха-, р актеристик секций батареи, абсолютное равенство ЭДС которых маловероятно, а также невозможность его

применения дри работе с одной несек:ционированной батареей.

Наиболее близким по технической.

сущности к предлагаемому является способ контроля состояния аккумулято рной батареи,основанный на сравнении напряжения нагруженной аккумуляторной батареи с эталонны напряжением, равным разности между.за- .

даннрй минимальной ЭДС заряженной батдреи и напряжением, пропорциональным току нагрузки. Снижение напряжения аккумуляторной батареи ниже эталонного регистрируется индикатором, который сигнализирует о том, что батарея неспособна отдать требуемую мощность 3j. Недостаток известного способанизкая точность контроля, так как н учитывается вариация некоторых пара метров батареи в процессе ее эксплу атации и не дается количественная оценка зарядного состояния батареи. Известно также устройство для осуществления данного способа, содержащее последовательно включенные в цепи, батареи датчик тока, прерыватель и нагрузку, измеритель напряже ния и элемент сравнения, вход кото рого подключен к эадатчику минималь ного напряжения, а выход через триг гер к блоку индикации tSJ. Однако это устройство не обеспечи вает необходимой точности контроля. Целью изобретения является повышение точности контроля зарядного состояния аккумуляторной батареи. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда на основе измерения текущих значений напряжения и разрядного и сравнения напряжения батареи с минимально . допустимым при этом токе разряда напряжением по величинам напряжения, разрядного тока и дополнительно измеряемой ЭДС определяют внутреннее сопротивление батареи, а по разности между ЭДС и падением напряжения при номинальном разрядном токе на внутреннем сопротивлении батареи определяют приведенное к номинальному режи му разряда напряжение батареи, которое сравнивают с минимально допустимым при номинальном токе разряда напряжением, и по величинам рассогла сования сравниваемых напряжений судя о зарядном состоянии аккумуляторной батареи. Устройство для контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда, .Гсодержащее после- дова тельно включенные в цепь батаре датчик тока, прерыватель и нагрузку, из/леритель напряжения и элемент сравнения, первый вход которого, подключен к задатчику минимального напряжения, а выход через триггер к блоку индикации, снабжено вторым измерит-елем напряжения, элементом НЕ, двумя блоками вычитания, делителем напряжения, задатчиком номинального тока и блоком умножения, причем выход первого измерителя напряжения соединен с первым входом первого блес ка вы ситанйя, второй вход которого «подключен к выходу блока умножения, а выход - ко второму вх-оду эдкементл сравнения, управляющий вход второго;; измерителя напряжения соединен с выходом прерывателя и через элемент НЕ - с управляющим входом первого измерителя напряжения, а выход соединен с первым входом второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя напряжения, выходы второго блока вычитания и датчика тока под ключены соответственно на первый и второй входы делителя,выход которого соединенс первым входом блока умножения, второй вход которого подклю- . чен к задатчику номинального тока, причем вход второго измерителя напряжения объединен с входом первого, а второй вход блока индикации подлючен к выходу первого блока вычитания. На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего способ контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда. Устройство содержит аккумуляторную батарею 1, датчик 2 тока, прерыватель 3, нагрузку 4,- первый измеритель 5 напряжения, первый блок б вычитания, блок 7 умножения, элемент 8 сравнения, задатчик 9 минимального напряжения, триггер 10 и блок 11 индикации. Оно снабжено вторым измерителем 12 напряжения, элементом 13 НЕ, вторым блоком 14 вычитания, блоком 15 деления и задатчиком 16 номинального тока. Предлагаемый способ контроля состояния аккумуляторной батареи предполагает определение и сравнение текущего напряжения батареи с опорным напряжением, равным некоторому предельно допустимому значению. Как правило, разрядные характеристики и параметры аккумуляторов регламентируются номинальным режимом разряда и задаются соотвётствуйишми техническими условиями в виде номинальной разрядной емкости, начального, среднего и конечного напряжения при номинальном токе разряда и других. Однако напряжение батареи находится в функциональной зависимости как от величины текущего разрядного тока, так и от величины емкости, отданной на момент измерения во внешнюю нагрузку. Для получения однозначно определенной оценки текущего состояния аккумуляторной ба.тареи предлага-. ется в каждый момент времени контролировать приведенное к номинальному режиму разряда напряжение батареи,т.е. определять напряжение, которое имеет батарея при условном -разряде ее в данный момент номинальным то-. . ком, и производить оценку по величине его текущего значения и по результату-сравнения этой величины с ве.пичиной минимально допустимого для номинального режима разрядта напряжением. Напряжение, ток разряда и ЭДС батареи в каждый момент времени связаны В1даажением E((a,3; + r(G)J, где Е(Й) -ЭДС батареи; (/(Д) - напряжение батареи; О - величина тока разряда; г(в - внутреннее сопротивление батареи; 6 - снятая на момент измерени ёмкость батареи, или для режима разряда номинальны током е{а)и(йКИйр , ; где и (и) - напряжение батареи при . номинальном режиме раз J - номинальный ток разряд Исходя из условия эквивалентного зарядного состояния аккумуляторной батареи, для которого величина г виутреннего сопротивления батареи при фиксированной величине Q снятой емкости считается неизменной, можно записать: .Е и+ и„-ц-а, откуда величина напряжения батареи в предполагаемом номинальном режиме ра ряда равна: . и„.Е-к.„.. При введении условия ограничения разряда получаем %()и - / пмп где минимально допустимое П .-, (конечное) напряжение батареи при номинальном токе разряда. контроля состояния аккумуляторной батареи в ш тульсном режиме разряда реализуется с помощьЛ устрой ства следующим образом. Аккумуляторная батарея 1 через датчик тока 2 и прерыватель 3(напри мер тиристорный преобразователь) ;раз ряжается на нагрузку 4.В периоды вр мени,когда прерыватель 3 эазомкнут, первь1й измеритель 5 напряжения фикси рует величину ЭДС батареи, а в периоды времени, когда прерыватель 3 замкнут и батарея подключена к нагру ке, вторым измерителем 12 напряжения фиксируется величина напряжения нагруженной батареи (в качестве изме рйтелей напряжения могут быть йспользо ,ваны,например,емкостные накопители. Управление измерителями напряжения (з «ряд емкостей молсет производиться через управляемые ключи, например интегральные прерыватели) осуществляется выходным сигналом с прерывателя 3, причем на первый измеритель (измеритель ЗДС) сигнал воздействует через элемент 13 НЕ, а на второй(измеритель наги5 жения батареи) - непосредственно. Сигналы, пропорциональные ЭДС и напряжению батареи, поступают в блок 14 вьгаитания, где определяется при каждом цикле коммутации батареи текующее падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи. Величина падения напряжения в блоке 15 делит я на величину разрядного тока, измеренного датчиком 2 тока. Полученная таким образом величина текущего внутреннего сопротивления батареи умножа.ется в блоке 7 на сигнал,пропорциональный величине номинального разрядного тока, поступающего с задатчика 16, В блоке б вычитания из сигнала, пропорционального ЭДС батареи, вычитается сигнал, пропорциональный падению напряжения на внутреннем сопротивлении батареи при номинальном токе да. Полученный посл вычитания сигнал соответствует текущему значению напряжения батареи в предлагаемом номинальном режиме разряда и поступает в качестве контролируемой (регистрирующим; прибором) величины в блок индикации 11, а также в качестве входного .сигнала - на элемент 8 сравнения, в котором сигнал, пропорциональный приведенному к номинальному режиму разряда напряжению батареи, сравнивают с минимально допустимым (конечным) напряжением, поступающим с задатчика 9. Величина конечного напряжения рекомендуется техническими условиями на аккумуляторную батарею-и, например, для кадмийникелевых и желе30-никелевых аккумуляторов она равна В. При снижении контролируемого надряжения батареи ниже заданного уровня сигнал рассогласования напряжений через триггер 10 управляет световьнм или звуковым сигнализатором блока индикации 11, который свидетельствует о предельном разрядном состоянии аккумуляторной батареи. Контролирую1ий прибор блока индикации может быть цроградуирован в абсолютных величинах напряжения, либо, при соответствующем пересчете, в абсолютных величинах разрядной или резервной емкости батареи, либо в относительных величинах (степени заряженности) указанньос величин. Таким образом, информация, получаемая при осуществлении предлагаемого способа контроля и выдаваемая блоком индикации в устройстве, реализующем

способ (сигнализация конца разряда и индикация текущего состояния з§ряженности), точнее и-подробнее характеризует фактическое состояние аккумуляторной батареи, чем это предусматривается известным способом контроля. Улучшение качества контрол состояния аккумуляторной батареи п)иводит к увеличению срока службы роставляющих ее аккумуляторов. Кроме того, положительный эффект от применения предлагаемого изобретения выфаукается в том,что результаты текуюе оценки состояния батареи могут быть использованы для планирования разрядной емкости и управления режимом разряда с целью оптимального использования ресурса емкости аккумуляторной батареи, а такге для исследований характеристик аккумуляторной батареи в режимах импульсного разряда.