Способ поэлементного доразряда химической батареи Советский патент 1988 года по МПК H01M10/48 

со со

О5

Изобретение относится к электротехнической промышленности в том числе к системам электропитания автономных объектов. Цель изобретения - обеспечение заданного качества восстановленных характеристик аккумуляторов батареи после ее доразряда за ограниченное время. Это достигается применением двух идентичных комплектов индивидуальных нагрузочных сопротивлений, подключаемых через контакты реле и индивидуальные цепи к отдельным аккумуляторам батареи. Доразряд батарей производят на один или на оба комплекта после определения состояния цепей путем контроля напряжения на отдельных аккумуляторах при одновременном контроле напругжения на гаинах йатаоеи. Результаты контроля запоминатот и оценивают, после чего батарею доразряжают на тот комплект индивидуальных нагрузок, при разряде на KOTopbnl напряжение на каждом аккумуляторе не превысило ранее заданного значения. I з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. « (Л

СХ)

ю

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электро питания автономных объектов.

Целью изобретения является обеспв чения заданного качества характерис тик аккумуляторов батареи,, восстановленных в условиях ограниченного вре™ мени процесса доразряда, а также ускорение процесса поэлементного доразряда аккумуляторной батареи без ухудшения качества восстанавливаемых характеристик химической батареи,

Предлагаемьй способ поэлементного доразряда аккумуляторной батареи состоит в том, что к каждому аккумулятору батареи подключают через индивгг дуальные цепи нагрузку и доразрякают каждый аккумзшятор батареи до напряжения, близкого к О В, При этом кон- тролируют разрядное напряжение как на общих шинах батареи, так и на каждом отдельном аккумуляторе. Как правило, доразряд аккумуляторов на индивидуальную нагрузку начинают при снижении напряжения на отдельных аккумуляторах до значения 0,6-1,0 В„ Для проведения процесса поэлементного доразряда аккумуляторной батареи необходимо иметь два идентичных комплек та индивидуальных нагрузок fc числом равным числу аккум пяторов в батарее подключаемых через отдельные разрядные депи к аккумуляторам, Химическ ую батарею доразрякают на один из ком- плектов индивидуальных нагрузок. Так как в процессе доразряда контролируют напряжение на каждом аккумуляторе, то к моменту, когда напряжение на общих шинах батареи снизится до за- данного значения, будет сформирована информация, на всех ли аккумуляторах разрядное напряжение снизилось до заданного .(или ниже) значения (например, 0,6 в), т,е, определяют нет ли повьренного сопротивления в разрядных цепях аккумуляторов. Если хотя бы на одном аккумуляторе напряжение ся вьпие заданного, результат запоминают (Больше),

Затем параллельно первому комплек ту индивидуальных нагрузок подключают второй идентичный комплект, после чего первьй комплект отключают. Повторно проверяют, на всех ли аккум г-- ляторах напряжение снизилось до за- данного значения (или нике), и, если был результат т;ольгае, запоминают

5

§ 0

5 0 5 0 5 0

его, осле этого оценивают результаты обеих проверок. Если в результате обеих проверок не было напряжения на отдельных аккумуляторах больгае заданного значения, то оба комплекта индивидуальных нагрузок исправны и можно работать на любом комплекте (дораз- ряжают на включенном комплекте) или, если есть необходимость в форсировании процесса доразряда, включают в работу оба комплекта параллельно. Если в результате проверок был получен результат Больше, то химическую батарею доразряжают на тот комплект индивидуальных нагрузок, при работе на котором не было результата Больше,

На фиг,1 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг,2 - схема блока обработки результатов контроля напряжения,

Доразряжаемая батарея 1 состоит из нескольких аккумуляторов 2, Каждая цепь индивидуальной нагрузки состоит из двух проводников, идутдих от вьшо- дов аккумуляторов к двум включенным последовательно для защиты от короткого замыкания) контактам Я и 4 реле обмотки реле и цепи включения их не показаны) и разрядного резистора 5, Комплекты 6 и 7 индивидуальных нагрузок состоят из доразрядных ячеек по числу, равному числу аккумуляторов в батарее,В состав устройства также входит устройство 8 поаккумуля- торного контроля (УПК) со счетчиком 9 числа аккумуляторов, имеющих разрядное напряжение, равное заданному значению или ниже его датчик 10 разрядного напряжения и блок 11 обработки результатов контроля напряжения. Структурная схема блока 11 приведена на фиг,2, Блок 11 включает в себя: устройство 12 памяти, логические схемы И 13-20, устройства 21-24 задержки сигналов, триггеры 25-28, логические схемы И 29-33, устройства 34, 35 задержки сигналов, логические схемы ИЛИ 36-42,

Устройство работает следующим образом.

На один из входов логических схем И 18, 19 приходит импульсный сигнал Вкл от других устройств. Сигнал Вкл одновременно поступает и на входы -триггеров , устанавливая

юс в исходное состояние (в состояние О), На втором входе логических схем И 18, 19 присутствует сигнал с устройства 12 памяти, соответствующи тому комплекту индивидуальных нагру зок, который в предыдущем цикле до- разряда был включен в работу последним. Например, последним был включен комплект 7, тогда сигнал с устройства 12 памяти присутствует на втором входе логической схемы И 18, с выхода которой сигнал проходит через устройство 23 задержки (время, необходимое для установки триггеров 25-28 в исходное состояние), логические, схемы РШИ 39 и 41 и по цепи 3 включае опять комплект 7 путем подачи импульсного сигнала на обмотки поляризованных реле (на фиг.1 не указаны), контакты 3 и 4 которых замыкают разрядную цепь каждого аккумулятора че- рез отдельные проводники на резисторы 5. Сигнал со схемы ИЛИ 39 поступает на вход устройства 12 памяти, ко- торое свое состояние не изменяет, и вход триггера 8 устанавливая его в положение 1, сигнал с выхода которого поступает на вход логической схемы И 33,

Одновременно с доразрядом батареи контролируют напряжение на ее.шинах да,тчиком 10 разрядного напряжения и на каждом аккумуляторе устройством В поаккумуляторного контроля. При

этом в счетчике 9 фиксируется число аккумуляторов, на которых разрядное напряжение стало равным заданному значению или меньше его (например, 0,5-0,6 В), Когда напряжение на шинах батареи снизится до заданного

значения U

cpoiS

(и

cpaS,

п-и.

где

п - число аккумуляторов в батарее; и „ р - значение разрядного напряжения на одном аккумуляторе, например 0,5 в), сработает датчик 0 разрядного напряжения. Сигнал с датчика 10 по цепи б поступает на один из входо логической схемы И 13, на другой вхо которой по цепи а поступает сигнал со счетчика 9, по которому проверяют на всех ли аккумуляторах батареи в момент срабатьшания датчика 10 напряжение снизилось до уровня, равного заданному или меньше его, например 0,5-0,6 В. Если при первой проверке наличия разрядного напряжения хотя б на одном аккумуляторе со значением больше заданного (работа на комплек-

0

, 5

«

0

д п

5

те 7) не было зафиксировано результата Больше, то сигнал со счетчика 9 будет отсутствовать к моменту срабатывания датчика 10 разрядного напряжения. Таким образом, сигналы с выхода логической схемы И 13 и, соответственно, с выхода схемы И 14 не будут сформированы. Триггер 25 останется в исходном состоянии (в положении О), Сигнал с датчика 10 о его срабатывании по цепям в-д также поступает на один из входов логических схем И 16, 17 и 20. На втором входе логической схемы И 16 присутствует сигнал с устройства 12 памяти, соответствующий комплекту 7. На третьем входе логической схемы И 16 npHcyTCTBveT раярешатопий сигнал с логической схемы И 0, на втором (инверсном входе которот отсутствует сигнал с логической схемы И 33, на входе которой присутствует только один сигнал с триггера 28, Сигнал со схемы И 16 через логическую (шг одную) схему ИЛИ 40 поступает на .вход устройства 12 памяти, изменяя его состояние на противоположное, соответствующее включению комплекта 6, а также поступает на вход S-триг- гера 27, устанавливая его в состояние 1, а через логическую (диодную) схемы ИЛИ 42 по цепи е поступает на включающий вход комплекта 6, Таким образом подключают второй комплект индивидуальных нагрузок параллельно первому (работающему). Сигнал с триггера 27 поступает на второй вход логической схемы И 33, с выхода которой сигнал поступает на инверсный вход логической схемы И 20 и на вхо- дь1 логических схем И 29-32, Сигнал с выхода логической схемы И 16 также поступает на устройство 21 задержки fвремя, необходимое для включения реле комплекта индивидуальных нагрузок, например S мс), откуда сигнал через логическую (диодную) схему И.ПИ 37 по цепи ж поступает на отключающий вход комплекта 7 и отключает его.

Датчик IО разрядного напряжения должен иметь гистерезис на отпускание, чтобы несмотря на технологический разброс параметров разрядных цепей обоих комплектов датчик оставался в сработанном состоянии, в том числе если из-за неисправности в отдельных разрядных цепях напряжение на общих

51

шинах батареи станет вьш1е, чем при разря/ е. батареи на предыдущий комплект индивидуальных нагрузок. Аналогично операции по проверке во время работы на комплекте 7 вторично прове- ряют наличие хотя бы на одном аккумуляторе большего разрядного напряжения чем заданное знач ение (при работе на комплекте 6). Если со счетчика 9 в этом случае не будет снят сигнал (в комплекте 6 имеются разрядные цепи с повьшенным сопротивлением и устройство 8 поаккумуляторного контроля покажет, что не на всех аккумуляторах напряжение снизилось до равного или ниже заданного значе:ния), то сигнал с логической схемы И 13 поступает на один из входов логической схемы И 15, на втором входе которой присутствует сигнал с устройства 12 памяти, соо :г- ветствующий комплекту 6 Сигнал с логической схемы И 15 поступает на вход S-триггера 26, изменяя его состояние на 11, запоминают значение Больше при работе на комплекте 6., Так как оба триггера 27 и 28 находятся в состоянии 1, сработает логическая схема И 33, с выхода которой сигнал поступает на инверсный вход логической схемы И 20, на выходе ко- ; торой сигнал становится запрещающим ДЛЯ логических схем И 16, 17, что I исключает дальнейш ее переключение комплектов в соответствии с рассмот Iренной логикой. Кроме того, сигнал :с выхода логической схемы И 33 поступает на третьи входы логических схем И 29-32, на которых оценивают результаты проверки, на двух других входах логических схем И 29-32 присутствуют сигналы,с обоих выходов триггеров 25 и 26, соответствующие их состоя- ниго, ттри наличии результата Больше ; когда батарею доразряхали на комплект 6 (вторая проверка), на входах логической схемы И 30 будут присутствовать сигналы с триггера 26, с логической схемы И 33 и с инверсного выхода триггера 25 (соответствующий состоя

О), и на инверсном входе сиг

нию

нал со значением О с логической схемы. ИЛИ 36. Сигнал,, сформированньм на выходе логической схемы И 30, поступает через логические (диодные) схемы ИЛИ 39 и 41 по цепи 3 на вклю чающий вход комплекта 7, а через устройство 35 задержки сигнала (время, необходимое для включения реле коми:

0

5

0

61

5 5

0

5

0

50

5

«. 6

лекта индивидуальных нагрузок, например 5 мс) и логическую схему ИЛИ 38 по цепи и на отключающий вход комплекта 6. Таким образом, батарею доразря- жают на полностью исправный комплект

7индивидуальных нагрузок.

Если результат Больше был зафиксирован при доразряде батареи на комплект 7, а при доразряде на ком-, плект 6 не было результата Больше, триггер 26 останется в исходном (соответствующем состоянию О) положении, а триггер 25 находится в положении 1. Тогда аналогично предьщу- тему на выходе логической схемы И 3 будет сформирован сигнал, который через логические схемы ИЛИ 40 и 42 по цепи е поступает на включающий вход комплекта 6, а через устройство 34 задержки (аналогичное устройству 35) и логическую (диодную) схему ИЛИ 37 по цепи ж на отключающий вход комплекта 7. Таким образом, батарею доразря- жают на исправный комплект 6 индивидуальных нагрузок. Если при, обоих проверках наличия разрядного напряжения на отдельных аккумуляторах, большего, чем заданное, не будет выявлено результатов Больше, то триггеры 25 и 26 останутся в исходном положении, соответствующем состоянию О,

8этом случае сигналы с инверсных выходов триггеров 25 и 26 поступают на два входа логической схемы ИЗ, на третьем входе которой присутствую- ет сигнал с логической схемы И 33.

На входе схемы И 31 сформируется сигнал. Этот сигнал поступает на вход логической схемы ИЛИ 36, на выходе которой сформируется сигнал, являю- щийся запретом для Нормирования сигналов с логических схем И 30, 31. Через логические (диодные) схемы ИЛИ 41 и 42 по цепям е, з этот сигнал поступает на включающие входы обоих комплектов 6 и 7, Таким образом, батарею доразряжают на оба ис- правных комплекта одновременно.

Рассмотренный алгоритм работы блока обработки результатов контроля по включению комплектов индивидуальных нагрузок можно представить в виде таблицы.

Выключение устройства производят по импульсному сигналу Откл.

Сигнал на отключающие входы комплектов 6 и 7 поступает через логические ( диодные.) схемы HIM 37 и ЗЯ

по цепям ж, и. Сигнал Пткл, мояет поступать как из других систем, так и от устройств 8 10, если на них возложить такие функции. При еле дующем тдакле поэлементного доразряда химической батареи целесообраз но первым включать тот комплект индивидуалных нагрузок, которьй был включен вторым при предыдущем цикле. При этом если вторым был включен комплект 6, то сигнал с логической схемы И 19 через устройство 24 задержки (аналогичное устройству 23) и логические схемы ИЛИ 40, 42 по цепи е подают на включающий вход комплекта 6. Далее работа производится в соответствии с ранее описанной последовательностью операций и ее алгоритмом.

При доразряде химической баратеи на исправные комплекты (один или два) индивидуальньк нагрузок не исключается вероятность, что в каком-то ком- . плекте появится неисправность, результатом которой будет увеличение сопро- тивления разрядной цепи какого-то аккумулятора. Чтобы исключить неопределенность этой ситуации, периодически, например 1 раз в час, необходимо подать сигнал Вкл.. В этом случае все будет происходить в соответствии с описанными последовательностью операций процесса доразряда и алгоритмом работы доразрядного устройства.

Сначала установятся в исходное состояние триггеры 25-28, на входе логических схем И 29-32 появится запрещающий сигнал с логической схемы И 33, с логической схемы И 20 появится разрешающий сигнал на логичес- кие схемы И i6, 17 и через соответствующие цепи сформируетсд сигнал на отключение одного из работающих комплектов 6 или 7. Если последним был включен комплект 6, то сигнал с ло- гической схемы И 17 через устройство 22 задержки (аналогичное устройству 21 ) через логическзпо схему ИЛИ 38 по цепи и поступает на отключающий вход комплекта 6. Далее работа будет происходить в соответствии с ранее описанным.

Устройства 8-11 должны быть заре зервнрованы так, чтобы вероятность отказа у них была на порядок меньше, чем у одного из комплектов индиви- дуальных нагрузок.

ГпосоР поэлементного доразряда аккумуляторное атареи о еспечивает не только заданное качество восста- новленных характеристик батареи в случае повышения сопротивления до- разрядных цепей отдельных аккумуляторов но и возможность сократить время доразряда всех аккумуляторов -до О В в 1,5-2 раза с сохранением при этом заданного качества восстановленных характеристик батареи. При этом исключается необходимость в увеличении избыточности (кратной числу аккумуляторов в батареи) элементов доразрядного устройства при резервировании по принципу ма; орирования, что снижает массу и габариты доразрядно- го устройства с обеспечением его высокой функциональной надежности, так как второй комплект индивидуальных нагрузок фактически является холодным резервом. Если же оба комплекта включают в работу одновременно, то при условии, что оба исправны.

Кроме того, процесс проведения поэлементного доразряда батареи це- лесооР1разно организовать так, чтобы в начале нового цикла доразряда первым подключать тот комплект индивидуальных нагрузок, которьй в предыдущем цикле включали вторым. Этим ДОС- тигают более равномерного распределения нагрузки на контакты реле обоих комплектов, что положительно отразится на работоспособности разрядного устройства.

Наибольшую актуальность способ имеет при создании автономных систем электроснабжения объектов длительного срока службы с ограниченной мощностью первичного источника энергии : И ограниченными массо-габаритными

:возможностями.

I

Формула изобретения

пфяжения на каждом аккумуляторе с зфданннм значением напряжения на аккумулятор в момент достижения заданного значения напряжением на общих шинах аккумуляторной батареи, запоминают результат сравнения, за- тЫ подключают к каждому аккумулятору нагрузочное сопротивление второго введенного комплекта нагрузок, отклю чфют перв(ый комплект нагрузочных со- )отивлений и вновь производят срав- напряжения на каждом аккумуля- тфре с заданным значением напряжения нф один аккумулятор, запоминают ре- з:|гльтат сравнения, оценивают оба ре- з льтата сравнения и доразряжают ак- к уляторы батареи на тот комплект нагрузочных сопротивлегптй, при разряде на который разрядное напряжение н каждом аккумуляторе не превысило з щанного значения на один аккумуля- тбр.

: 2.Способ по П.1, отличаю- Щ|И и с я тем, что, с целью ускоре- процесса доразряда всех аккумуля

торов до П в, каждый аккумулятор батареи разряжают на параллельно включенные соответствующие нагрузочные сопротивления обоих комплектов нагрузок при условии, что в результате проверки этих комплектов разрядное напряжение на каждом аккумуляторе не превысило заданного значения напряжения на один аккумулятор в момент достижения соответствующего заданного значения напряжением на общих шинах.

ГГ к Г к

I V М v(r ЛИ

Редактор М.Цичгкина

Заказ 2499/52

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Составитель И.Найдина

Техред Л.Сердюкова Корректор И. Король

Тираж 746

Подписное