Устройство для моделирования аккумуляторной батареи Советский патент 1984 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к электрическому моделированию, и может быть использовано при построении имитаторов химических батарей. Известно устройство для моделирования аккумуляторных батарей, содержащее сумматор, усилители и интеграторы J К- недостаткам такого устройства следует отнести низкую точность моделирования. Известно также устройство для моделирования аккумуляторных батарей содержащее сумматоры, усилители и блоки задания переменных коэффициентов , в которое для повышения точ-г ности моделирования введен эталонный источник тока 21 . Недостаток такого устройства невысокая надежность, связанная с ограниченным ресурсом работы эталонного источника тока, представляющего собой один элемент моделируемой аккумуляторной батареи. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее инвертор, вход которого является первым входом устройства, выход инвертора подключен к первому входу первого функционального преобразова теля, интегратор, блок деления, вых которого соединен с первым входом первого сумматора, второй сумматор, второй, третий и четвертый функцио.нальные преобразователи, вьптрямител и блок умножения, первый вход которого является первым входом устройс ва, а выход подключен к первому входу второго сумматора, выход кото рого является вьпсодом устройства, выход первого фyнкциoнaльнqгo преобр зователя через интегратор подключен к входу второго функционального преобразователя и к первым входам . третьего и четвертого функционально го преобразователя,вторые входы кото рых объединены и являются вторым входом устройства,выход инвертора через вьтрямитель соединен с первым входо блока деления, второй вход которого подключен к выходу четвертого функционального преобразователя, выходы второго и третьего функциональных преобразователей соединены с вторыми входами соответственно второго и первого сумматоров, вькод первого сумматора подключен к второ му входу блока умножения sj . Недостаток такого устройства заключается в сравнительно невысокой точности моделирования батарей большой емкости, обусловленной применением аналоговых интегрирующих устройств, а также в невозможности моделирования батарей, напряжение поляризации которых изменяется по экспоненциальному закону. Целью изобретения является повышение точности моделирования аккумуляторных батарей большой емкости. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее первыйсумматор, второй сумматор, выход которого является выходом устройства, функциональный преобразователь типа зоны нечувствительности, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, масштабирующий усилитель, вход которого является входом устройства, введены счетчик ампер-часов и узел коррекции выходного напряжения, состоящий из последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, элемента И, пос тедовательно соединенных генератора импульсов и делителя частоты, последовательно соединенных реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первьм входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя и второму входу второго сумматора, третий вход которого является, входом опорного сигнала устройства, а четвертый вход второго сумматора подключен к выходу первого сумматора и другому входу схемы сравнения, первый выход делителя частоты соединен с другим входом элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого Соединен с вторым выходом делителя частоты, вход счетчика ампер-часов соединен с входом устройства, а выход подключен к входу функционального преобразователя типа зоны нечувствительности. На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для моделирования аккумуляторной батареи; на фиг. 2 - схема замещения аккумулятора; на фиг. 3 - график характеристики функционального преобраз,ователя; на фиг. 4 - временные диаграммы. Устройство состоит из масштабного усилителя I, счетчика ампер-часов 2, функционального преобразователя типа зоны нечувствительности 3, второго сумматора 4,.первого суммато pa 5, схемы сравнения 6, генератора пилообразного напряжения 7, генерато ра импульсов 8, делителя частоты 9, элемента И 10, реверсивного счетчика I1 (импульсов и цифро-аналогового npe образователя 12. Совокупность блоков 6-12 образует узел коррекции выход ного напряжения 13. Устройство для моделирования аккумуляторной батареи работает следующим образом. На первый вход устройства поступа ет напряжение, пропорциональное вели чине и знаку протекающего по моделируемой батарее тока. Счетчик 2 ампер-часов определяет текущую емкость батареи, а функциональный преобразователь 3 корректирует величину ЭДС аккумуляторной батареи в режимах, когда она близка к состоя нию полного заряда или состоянию полного разряда(резкоизменяющиеся ветви зарядно-разрядных характеристик, см. фиг. З). Начальное значение ЭДС батареи задается напряжением DQ поступающим на второй вход устройства Масштабный усилитель 1 и элементы 5 - 12 устррйства обеспечивают коррекцию напряжения на внутреннем сопротивлении батареи. Устройство предназначено для моделирования батарей, внутреннее сопротивление которых носит активно-емкостной характер/фиг. 2). Падение напряжения |на таком сопротивлении для единичног скачка тока определяется в соответствии с выражением U Ift Ui+RiV AB.e При отсутствии тока аккумуляторной 6aTapeH() напряжения с выхода усилителя 1 и сумматора 5 равны нулю. В результате сравнения напряжений сумматора 5 и генератора 7 на выходе схемы сравнения 6 образуются ШИМ импульсы, коэффицие1{т заполнения о которых равен 0,5. Делитель частоты 9 на -своих выходах образует две последовательности импульсов, при этом частота импульсов поступающих на суммирующий вход счетчика 1I, в два раза ниже частоты импульсов, поступающих на один из входов элемента И 10. При ,5 количество импульсов, поступивших за один период пилообразного напряжения генератора 7 через элемент IО на вычитающий вход счетчика I1, равно количеству импульсов, поступивших на вход прямого счета того же счетчика. В этом случае выходные напряжения счетчика I1 и преобразователя 12 не изменяются во времени. Пусть в какой-то момент времени зарядный ток батареи ( + UjtA скачкообразно возрастает до определенной величины. С выхода усилителя I напряжение, пропорциональное величине Гд (В,+R,j поступает на неинвертирующий вход сумматора 4 и вх.од сумматора 5. Выходное напряжение последнего поступает на инвертирующий вход,сумматора 4, где происходит образование напряжения, пропорционального разности.Ral-Pze . (.для t 0 имеем 1. -R,). Появление напряжения положительной полярности на выходе сумматора 5 увеличивает коэффициент заполнения на выходе схемы сравнения 6, при том увеличивается число импульсов, поступающих за период пилообразного напряжения с вых9Да элемента И 10 на вычитакяций вход счетчика 11. Так как число импульсов, поступающих в единицу времени на суммирующий вход, остается постоянным, то напряжений U/ij на Выходе преобразователя 12 станоггт вится отрицательным-и растет по абсолютному значению. Скорость его изменения прямо пропорциональна величине -отклонения &а и величине выходного напряжения сумматора 5, которое в свою очередь, определяется значением llsI lAsCRnR IlJial , Де К - коэффициент пропорциональности. По мере роста j,n напряжение О у уменьшается, уменьшается при этом и скорость изменения вплоть до нуля,когдаU 2достигнет по абсолютному значению величины У; l(v(R, Pj). При Up 0 коэффициент заполнения о снова становится равным 0,5, что приводит к выравниваНию количества импульсов, поступающих за один пери од пилообразного напряжения на входы прямого и обратного счета преобразователя счетчика 11. Нетрудна показать, что уменьшени напряжения Ц,- происходит по экспоненциальному закону ( гДб Т - постоянная времени, определяема частотой импульсов генератора 8, коэффициентом деления делителя 9 и глубиной двоичного счетчика 11. Выбирая, например, коэффициент деле ния делителя 9, можно добиться, чтобы вьшолнялось условие , при этом изменение напряжения , во времени от величины протекающего тока происходит в точном соответствии с выражением (О В режиме разряда устройство раб тает аналогично, с той лишь разниц что изменяется нА обратную полярно напряжения на выходах элементов 1,5,12. Преимущества предложенного устройства перед известными состоят в следующем. В известных устройствах для моделирования изменяющихся во времени параметров аккумуляторной батареи (ЭДС поляризации, внутренне сопротивление) применяются аналогов интеграторы на основе операционног 9, усил1ттеля и R5 Цепочки Г 1,3. Время интегрирования таких цепей ограничено десятками секунд - единицами минут, что не позволяет применять известные устройства для моделирования батарей большой емкости в реальном масштабе времени. В предложенном устройстве интегрирование во времени осуществляется цифровым способом, при этом современная элементная база (двоичные реверсивные счетчики позволяет моделировать аккумуляторные батареи, постоянная времени которых достигает единиц часов и более. Поэтому точность моделирования батарей большой емкости в предложенном устройстве значительно выше, чем в известных. Известные устройства моделироваНИН аккумуляторных батарей учитывают изменения активного сопротивления батареи и ЭДС поляризации в зависимости от текущего значения емкости батареи, а потому не могут быть применены для моделирования аккумуляторов, параметры активно-емкостного сопротивления которых не определяются количеством ампер-часов, принятых или отданных батареей.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, содержащее первый сумматор, второй сумматор, выход которого является выходом устройства, функциональный преобразователь типа зоны нечувствительности, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, масштабирующий усилитель, вход которого является входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования аккумуляторных батарей большой емкости, оно дополнительно содержит счетчик ампер-часов и узел коррекции выходного напряжения, состоящий из последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, элемента И, последовательно соединенных генератора импульсов и делителя частоты, последовательно соединенных реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя , выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя и второму входу второго сумматора, третий вход которого является входом опорного сигнала устройства, а четвертый вход второго сумматора подключен к выходу первого сумматора (/) и другому входу схемы сравнения, первый выход делителя частоты соединен с другим входом элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, вход счетчика ампер-часов соединен с входом устройства, а выход подключен к входу функционального преобразователя типа зоны нечувствительности.

Л

Л

У

иг

V

г§ i §

:3