Устройство для контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда Советский патент 1984 года по МПК H01M10/48 

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

Известно устройство для контроля степени заряженности химического источника тока, состоящего из двух последовательно включенных секций аккумуляторов, по величине внутреннего сопротивления секций. С помощью измерителей напряжений и токов, суммирующих трансформаторов, ключей и блока управления при поочередном подключении к нагрузке каждой секци батареи вычисляют отношение среднедействующего напряжения к сумме токов от каждой секции, которое принимают за величину, пропорциональную внутреннему сопротивлению батареи, и по нему судят о степени заряженности всей батареи l .

Недостатками устройства являются малая точность измерений из-за неидентичности характеристик отдельных секций батареи, абсолютное равенство ЭДС и напряжений которых практически маловероятно, а также невозможность его применения для работы с одной несекционированной батареей.

Известно также устройство для контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда, в котором напряжение нагруженно аккумуляторной батареи сравнивают с эталонным напряжением, равным разноти между заданной минимальной ЭДС батареи и напряжением, пропорциональным- току разряда. Снижение напряжения аккумуляторной батареи ниж эталонного-регистрируется индикатором, который сигнализ.ирует о том, что батарея неспособна отдать в нагрузку требуемую мощность 2 .

Недостатками устройства являются низкая точность контроля, поскольку не учитывается вариация внутреннего сопротивления батареи ЭДС от величины снятой, емкости, а также отсутствие количественной оценки состояния заряжеыности батареи (дается лишь качественная оценка: заряжен или разряжен).

Наиболее близким по технической сущности к 13обретению является устройство, содержащее последовательно включенные в цепи батарей датчик тока, прерыватель и нагрузку, задатчик номинального тока, параллельноподключенные, к батарее два измерителя напряжения, выходы которых подключены на входы первого блока вычитания, а второй вход второго измерителя напряжения подключен к выходу прерывателя v через элемент НЕ

к второму входу первого измерителя напряжения, выход которого подключен на первый вход второго блока вычитания, который своим выходом соединен с первыми входами блока индикации и элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходо задатчика минимального напряжения, а его выход через триггер - с вторым входом блока индикации з.

Недостатком известного устройства является ограниченная надежность работы из-за наличия в схеме блоков которые выполняют функции деления и умножения значений параметров батареи прямым спосо.бом. Поэтому в случаях, когда разрядный ток уменьшают (или он уменьшается) вплоть до нуля (например, при движении электровоза под уклон), устройство либо проявляет неустойчивость в работе и выдает ошибочную информацию, либо вообще теряет работоспособность, что затрудняет контроль состояния аккумуляторной батареи при таких режимах работы.

Цель изобретения - повышение надежности контроля устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно включенные в цепи батарей датчик тока, прерыватель и нагрузку, задатчик номинального тока, параллельно подключенные к батарее два измерителя напряжения, выходы которых подключены на входы первго блока вычитания, а второй вход второго измерителя напряжения подключен к выходу прерывателя и через элемент НЕ к второму входу первого измерителя напряжения, выход которого подключен на первый вход второго блока вычитания, который своим выходом соединен с первыми входами блока индикации и элемента сравне-ния, второй вход которого соединен с выходом задатчика минимального напряжения, а его выход через триггер с вторым входом блока индикации, ввдены два интегратора, три ключа, нуль-орган, компаратор и элемент памяти, причем- выход датчика тока соединен с входом нуль-органа, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, и с входом первого интегратора, выход которого зашунтирован вторым ключом и подключен к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу задатчика номинального тока, выход первого блока вычитания через первый ключ соединен с входом второго интегратора, выход которого зашунтирован третьим ключом и подключен через элемент памяти на второй вход второго бло1са вычитанйя, а управляющие входы второГО и третьего ключей и элемента памти подключены к выходу компаратора.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит аккумуляторную батарею 1, датчик 2 тока, прерьшатель 3, нагрузку 4, первый и второй измерители 5 и 6 напряжения, элемент НЕ 7, первый блок 8 вычитания, первый интегратор 9, первый ключ 10, нуль-орган 11, второй интегратор 12, задатчик 13 номинального тока, компаратор 14, второй и третий ключи 15 и 16, элемент 17 памяти, второй блок 18 вычитания, задатчик 19 минимального напряжения, элемент 20 сравнения, триггер 21 и блок 22 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Аккумуляторная батарея 1 через датчик 2 тока и прерыватель 3 (например, тиристорный преобразователь импульсно разряжается на нагрузку 4 В интервалы времени, когда прерыватель 3 разомкнут, первый измеритель 5.напряжения фиксирует величину ЭДС батареи, а в интервалы времени, когда прерыватель 3 замкнут, батарея подключена к нагрузке и второй измеритель б напряжения фиксирует велчину напряжения нагруженной батареи (В качестве измерителей напряжения могут быть использованы, например, схемы выборки и хранения, емкостные накопители и др.). Управление измертелями напряжения осуществляется выходным напряжением с прерывателем 3, причем на первый измеритель (фиксирующий ЭДС) сигнал воздействует через элемент НЕ 7, а на второй (фиксирующий напряжение батареи) непосредственно. Сигналы, пропорциональные ЭДС и напряжению батареи, поступают в блок 8 вычитания, где на каждом цикле коммутации батареи определяется падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи. Сигнал, пропорциональный среднезарядному за период коммутации току, поступает на интегратор 9, выходное напряжение которого измеряется по линейному закону и равно

и К,Кз1 t , Где коэффициент передачи датчик

тока;

К-- коэффициент передачи интегратора;

1 - ток разряда батареи; t - время.

Сигнал, пропорциональный разност ЭДС и напряжению через ключ 10, замыкаемый при токах разряда, отличных от нуля, поступает на интегратор 12, выходное напряжение которого равно

и (Е - и )t.

где Ку- коэффициент передачи измерителей напряжения;

Е и и- соответственно,ЭДС и напряжение батареи;

К Кт - коэффициент передачи интегратора.

При равенстве напряжения, пропорционального номинальному току разряда, которое поступает с задатчика 13, и выходного напряжения интегратора 9 (U, К;,) компаратор 14 в моменты времени t VK j выдает сигнал, с приходом которого ключи 15 и 16 замыкаются, а элемент 17 памяти осуществляет фиксацию текущего напряжения, поступающего с интегратора 12 которое равно

Е - и

Кг1цГ

и, каждом замыкании ключей 15 и 16 напряжение с выходов интеграторов 9 и 12 сбрасывается в нуль и после очередных измерений параметров батареи (Е, и и I) операции интегрирования повторяются в последующих периодах коммутации, т.е. на выходах обоих интеграторов формируются пилообразные напряжения, причем максимальное значение с выхода интегратора 12 запоминается элементом 17 памяти.

в блоке 18 вычитания из сигнала, пропорционального ЭДС батареи, вычитается сигнал, пропорциональный падению напряжения на внутреннем сопротивлении батареи при номинальном токе разряда. Полученный после вычитания сигнал соответствует текущему значению напряжения батареи в предполагаемом номинальном режиме

разряда

Е - и

1„).

и К (Е Сравнение этого напряжения с напряжен.ием, минимально допустимым при номинальном режиме разряда и задаваемым гадатчиком 19, осуществляется в элементе 20 сравнения

U, UH „j . При снижении контролируемого напряжения батареи ниже заданного уровня сигнал рассогласования напряжений через триггер 21 управляет световым или звуковым сигнализатором блока 22 индикации, который

вьщает информацию как о предельном разрядном состоянии аккумуляторной батареи, так и о текущем значении напряжения батареи в предполагаемом номинальном режиме разряда.

Таким образом/ независимо от ве-: личины тока разряда в устройстве постоянно сохраняется информация как об измеренной ЭДС, когда батарея отключена от нагрузки, так и информация о напряжении батареи п.ри последнем цикле ее нагружения, сохраняемая элементом памяти даже при последующем длительном отключении батареи от нагрузки.

Следовательно, в предлагаемом устройстве осуществляется более надежный контроль за зарядным состоянием аккумуляторной батареи, поскольку оно сохраняет работоспособность и выдает устойчивую информацию на всем диапазоне изменения токов разряда и продолжительностей включения.

Повышение надежности контроля состояния аккумуляторной батареи позволяет увеличить срок службы составляющих ее аккумуляторов, а также повысить точность количественной оценки энергоресурса аккумуляторной батареи.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ В РЕЖИМЕ ИМПУЛЬСНОГО РАЗРЯДА, содержащее последовательно включенные в цепи батарей датчик тока, прерыватель и нагрузку, задатчик номинального тока, параллельно подключенные к батарее два измерителя напряжения, выходы которых подключены на входы первого блока вычитания, а второй вход второго измерителя напряжения подключен к выходу прерывателя и через элемент НЕ к второму входу первого измерителя напряжения, выход которого подключен на первый вход второго блока вычитания, который своим выходом соединен с первыми входами блока индикации и элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом эадатчика минимального напряжения, а его выход через триггер - с вторым входом блока индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля, в него введены два интегратора, три ключа, нуль-орган, компаратор и элемент памяти, причем выход датчика тока соединен с входом нуль-органа, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, и с входом первого интегратора, выход которого зашунти(Л рован вторым ключом и подключен к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу задатчика номинального тока,выход первого блока вычитания через первый ключ соединен с входом второго интегратора,выход которого зашунтирован третьим ключом и подключен через элемент памяти на второй вход второго, блока вычитания,а управляющие входы второго и третьего ключей и элеСл мента памяти подключены к выходу .компаратора.