Способ эксплуатации аккумулятора Советский патент 1990 года по МПК H01M10/42 

Изобретение относится к электро- технике и предназначено для пользования при разработке и эксплуатации аккумуляторов, в которых величину емкости контролируют по давлению, например при использовании указанных аккумуляторов в составе никель-водородных батарей (НВБ) для-сиетем электропитания.

Цель изобретения - увеличение ресурса аккумулятора и стабилизация его емкостных характеристик.

Согласно способу аккумулятор эксплуатируют путем проведения заряд- разрядных циклов, причем аккумулятор заряжают до минимально необходимой

на цикле разрядной емкости, заканчи-. вая заряд при достижении соответствующего уровня давления в аккумуляторе. Для определения в процессе эк- сплуатациии указанного уровня давления Р«ст ,- периодически проводят глубокие разряды аккумулятора до минимально допустимого разрядного напряжения, при этом измеряют остаточные давления и определяют разность остаточных давлении ДР. по формуле

ДР . Р - Р

- , г ост ;-i r ост i-2

где Р ост .;,

и РОСТ i-i остаточные давления

СП 4

О СО .Ј

о

в аккумуляторе на i-1-м и i-2-м режимах глубокого разряда,

уровень давления ; по

Р.... : Р «,, : .+ 4Р;,

ЗС.Т 1

где Р

rfcr t-i

УСТ |-1

- уровень давления на

(1-1)-м циклах, соответствующий минимально необходимой на цикле разрядной емкости, Способ обеспечивает новый, более высокий результат при эксплуатации аккумулятора за счет того, что цик- лирование его проводят на возможно низком уровне его заряженности, и за счет того, что уровень давления, до которого проводят заряд аккумулятора, корректируют в зависимости от изменения величины остаточного давления в нем.

Способ осуществляется следующим образом.

Эксплуатируют аккумулятор путем проведения заряд-разрядных циклов, причем заряжают аккумулятор До мини- мально необходимой на цикл е разрядной емкости, заканчивая заряд при достижении соответствующего уровня давления Р„ст;, периодически корректируемого путем проведения глубоких раз- рядов аккумулятора до минимально допустимого разрядного напряжения, измерения остаточных давлений Р j)ct, определения разности остаточных давлений ДР по формуле

Р ост ,-Г Рост i-l

где РОСТ ,.,

и Р остаточные давления в аккумуляторе на 1-1 - и.i-2-режимах глубокого разряда. Далее находят уровень давления

PYCT ; по ФОРМУ-116

Ы+ ДР

PSCT ;.,- уровень давления на

(i-D-м цикле, соот- ветствующий минимальна необходимой на цикле разрядной емкости.

0

5 0 5

0 35 40

Д5

50

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ эксплуатации аккумулятора-, на фиг.2 - циклограмма, поясняющая предлагаемый способ. 1

Устройство (фиг.1) включает аккумулятор 1 с встроенным в аккумулятор датчиком давления, временное задающее устройство (ВЗУ) 2, датчик 3 напряжения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, зарядно.-разрядное устройство (ЗРУ) 5, устройство 6 уставки давления, логический элемент ИЛИ 7, регистры 8 - 10, арифметическо-логичес- кое устройство (АЛУ) 11, сумматор 12, устройство 13 сравнения.

Выводы 1.1 аккумулятора 1 соединены с силовыми выводами 5.5 ЗРУ 5 и входом 3.1 датчика 3 напряжения. Выходы 1.2 датчика давления подключены к входу 4.1 АЦП 4, выход 4.2 которого подключен к информационным входам

8.3и 9.3 соответственно регистров

8 и 9 и входу 13.1 устройства 13 сравнения. Выходы команд ВЗУ 2 подключены соответственно: выход 2.1 - к входу 11.1 признака функции АЛУ 11, выход 2.3 - на вход 8.1 разрешения записи регистра 8, выход 2.4 - на вход 9.1 разрешения записи регистра 9, выход 2.5 - к входу 5.2 включения заряда ЗРУ 5, выход 2.6 - к входу 5.3 включения глубокого разряда ЗРУ 5, выход 2.7 - к входу 10.1 разрешения записи регистра 10 и выходу 6.1 устройства 6 уставки давления. На входы Уст.О 2.1 ВЗУ 2, 8.4 регистра 8,

9.4регистра 9 подключен выход 6.4 устройства 6 уставки давления, выход 6.3 которого соединен с входом Уст.О1 10.3 регистра 10. Выход 3.2 датчика 3 напряжения соединен с входом 5.1 отключения глубокого разряда ЗРУ 5 и с входами 8.2 и 9.2 разреше- ния записи соответственно регистров

8 и 9, выходы 8.5 и 9.5 которых подключены к информационным входам П.2 и 11.3 АЛУ 11. Выход 10.4 регистра 10 соединен с входом 12.2 сумматора 12 и входом 13.2 устройства 13 сравнения, выход 13.3 которого соединен с входом 5.4 отключения заряда ЗРУ 5. Выход 11.4 АЛУ 11 подключен к входу 12.1 сумматора 12, выход 12.3 которого соединен с входом 7.2 логического элемента ИЛИ 7. Выход 6.2 устройства уставки давления соединен с входом 7.1 логического элемента ИЛИ

51576946

7, выход 7.3 которого соединен с ин-

формационным входом 10.2 регистра 10. На циклограмме (фиг.2) по оси давлений Р отмечены максимальное давление в аккумуляторе Р , уровни давления при заряде ; и Руст м соответственно на циклах i и i-1, а так

же остаточные давления Рост ;.f и

на циклах i-1 и

ост i-2

На выходе 6.4 устройства 6 уставки давления формируется сигнал, который поступает на входы 8.А и 9.4 регистров 8 и 9, устраняя режим Уст.О этих регистров, одновременно этот сигнал поступает на вход 2.1 ВЗУ 2 и включает его в работу (устраняет режим Уст,О счетчиков, входящих

i-2 глубоких разрядов, КО в ъз Все предварительные операции,

как и первая, осуществляются оператором с помощью переключателей устройства 6 ставки давления. После последней предварительной операции

15 устройство работает автоматически по сигналам, поступающим с ВЗУ 2.

По сигналу с выхода 2.5 ВЗУ 2, поступающему на вход 5.2 ЗРУ 5, включается режим заряда аккумулятора 1

20 посредством связи его выводов 1.1 с выводом 5.5 ЗРУ 5. Давтение в аккумуляторе измеряется датчиком давления, с выводов 1.2 которого сигнал поступает на вход 4.1 АЦП 4, где на Распола- 25 его выходе 4.2 преобразуется в сигвеличина иР; , равная разности остаточных давлений на циклах i-1 и i-2.

Устройство (фиг.1), реализующее предлагаемьй способ, работает следующим образом.

При подключении устройства к источнику питания (цепи и источник питания не показаны) его элементы принимают следующие исходные данные: аккумулятор 1 разряжен, ЗРУ отключено, регистры 8-10 обнулены, ВЗУ отключено, остальные элементы находятся в рабочем состоянии. Далее оператор выполняет предварительные операции в следующей последовательности гая сведениями о нагрузке, для которой предназначен аккумулятор 1 (или батарея из этих аккумуляторов), в устройстве 6 уставки давления (с помощью переключателей или иным известным образом) формируется двоичный параллельный код, соответствующий уровню давления на первом заряд-разрядном цикле, исходя из минимально необходимой на цикле разрядной емкости. Указанный код с выхода 6.2 устройства 6 уставки давления поступает на вход 7.1 логического элемента ИЛИ 7 и далее с его выхода 7.3 на вход

10.2регистра 10. Формируется сигнал на выходе 6.3 устройства 6 уставки давления, который поступает на вход

10.3регистра 10 и устраняет режим Уст.О этого регистра.

Затем формируется на выходе 6.1 устройства 6 уставки давления, который поступает на вход 10.1 регистра 10 и разрешает запись кода, поданного на его информационный вход 10.2. Таким образом, регистр 10 запоминает и передает на свой выход 10.4 код, соответствующий уровню давления на первом заряд-разрядном цикле. Отключается сигнал на выходе 6,1 устройства 6 уставки давления, по которому на входе 10.1 регистра 10 отключается сигнал разрешения записи, обнуляются выходы 6.2 устройства 6 уставки давления.

30

35

40

45

50

55

налы двоичного параллельного кода, соответствующего текущему значению давления в аккумуляторе 1. Сигналы этого кода и сигналы кода с выхода 10.4 регистра 10 поступают на входы 13.1 и 13.2 устройства 13 сравнения. Когда давление в аккумуляторе 1 достигает уровня давления, соответствующего минимально необходмиой на цикле разрядной емкости (код на входе 13.1 станет равным коду на входе 13.2), на выходе 13.3 устройства 13 формируется сигнал, который поступает на вход 5.4 ЗРУ 5 и отключает режим заряда аккумулятора. После заряда происходит режим разряда аккумулятора 1 на нагрузку (нагрузка и ее цепь не показаны). В конце цикла разряда по сигналу с выхода 2.5 ВЗУ 2 аналогично повторяется процесс заряда аккумулятора 1 и также повторяется разряд.

В процессе эксплуатации аккумулятора путем проведения указанных заряд-разрядных циклов происходит деградация аккумулятора, которая выражается в том, что при заряде аккумулятора до одного и того же давления его разрядная емкость уменьшается. Для стабилизации разрядной емкости необходимо корректировать указанный уровень давления. Время проведения корректировок закладывают в программу выдачи сигналов на выходях

На выходе 6.4 устройства 6 уставки давления формируется сигнал, который поступает на входы 8.А и 9.4 регистров 8 и 9, устраняя режим Уст.О этих регистров, одновременно этот сигнал поступает на вход 2.1 ВЗУ 2 и включает его в работу (устраняет режим Уст,О счетчиков, входящих

КО в ъз Все предварительные операции,

0

5

0

5

0

5

налы двоичного параллельного кода, соответствующего текущему значению давления в аккумуляторе 1. Сигналы этого кода и сигналы кода с выхода 10.4 регистра 10 поступают на входы 13.1 и 13.2 устройства 13 сравнения. Когда давление в аккумуляторе 1 достигает уровня давления, соответствующего минимально необходмиой на цикле разрядной емкости (код на входе 13.1 станет равным коду на входе 13.2), на выходе 13.3 устройства 13 формируется сигнал, который поступает на вход 5.4 ЗРУ 5 и отключает режим заряда аккумулятора. После заряда происходит режим разряда аккумулятора 1 на нагрузку (нагрузка и ее цепь не показаны). В конце цикла разряда по сигналу с выхода 2.5 ВЗУ 2 аналогично повторяется процесс заряда аккумулятора 1 и также повторяется разряд.

В процессе эксплуатации аккумулятора путем проведения указанных заряд-разрядных циклов происходит деградация аккумулятора, которая выражается в том, что при заряде аккумулятора до одного и того же давления его разрядная емкость уменьшается. Для стабилизации разрядной емкости необходимо корректировать указанный уровень давления. Время проведения корректировок закладывают в программу выдачи сигналов на выходях

1576946

в зависимости от типа аккумулятора, энергетических и временных параметров циклов заряд-разряда и условий окружающей среды, В наиболее неблагоприятных случаях может возникнуть необходимость проведения таких корректировок в конце каждого заряд-разрядного цикла. Проведение корректировки уровня давления проводится автоматически в следующей последовательности V

По сигналу с выхода 2.6 ВЗУ 2, поступающему на вход 5.3 ЗРУ 5, осуществляется очередной, например i-2, цикл глубокого разряда (фиг.2) аккумулятора 1 до минимально допустимого разрядного напряжения на выводах 1.1 аккумулятора 1, которое поступает на вход 3.1 датчика 3 напряжения, на выходе. 3.2 которого при указанном минимальном напряжении образуются сигнал с выхода 2.3 ВЗУ 2, который формируется одновременно с сигналом на выходе 2.6, и сигнал с выхода 3.2 датчика 3 напряжения на входах 8.1 и 8.2 (которые, как и входы 9.1 и 9.2 регистра 9, объединены по схеме 2И), регистр 8 фиксирует код, поступающий с выхода 4.2 АЦП 4 на вход 8.3 регистра 8. Таким образом, регистр 8 фиксирует код, соответствующий остаточному давлению РОСТ ;-ilia цикле глубокого разряда. Аналогично регист 9 фиксирует код, соответствующий остаточному давлению РОСТ ;, на i-1-м

цикле глубокого разряда. Указанные коды с выходов 8.5 и 9.5 регистров 8 и 9 поступают на входы 11.2 и 11.3 АЛУ 11, реализующего функцию разност кодов на его входах по коду с выхода 2.2 ВЗУ 2 (который формируется одновременно с сигналом на выходе 2.4 ВЗУ 2, поступающим на вход 9.1 регистра 9 в момент записи остаточного- давления на i-1-м цикле глубокого разряда), поступающему на вход 11.1 АЛУ 11 Таким образом, на выходе 11 АЛУ 11 формируется код, соответству- Ю1ций разности остаточных давлений

ДР . Р

ос-т ;-1

- Р

ОСТ i- 1

Код, соответствующий ZIP , с выхода 11.4 АЛУ 11 поступает на вход 12.1 сумматора 12, на вход 12.2 которого с выхода 10.4 регистра 10 поступает код, соответствующий уровню давления Р v с-т -i на Цикле. На выходе

8

12.3 сумматора 12 формируется код, соответствующий уровню давления Р на i-м цикле

уст

уст i

Р

уст ;-1

+ ЛР.

5

0

5

0

5

Ф

Код, соответствующий Руст - , с выхода 12.3 сумматора 12 поступает на вход 7.2 логического элемента ИЛИ 7 и далее с его выхода 7.3 на вход 10.2 регистра 10. По сигналу с выхода 2.7 ВЗУ 2 (поступает в момент окончания цикла глубокого разряда), поступающему на вход 10.1, регистр 10 фиксирует код, соответствующий уровню давления, до которого заряжается аккумулятор -1 на последующих циклах, вплоть до очередного цикла глубокого разряда. Далее устройство работает указанным образом. Если эксплуатируется батарея из п аккумуляторов и, соответственно, имеется датчиков напряжения (не обязательно, чтобы в составе батареи каждый аккумулятор имел датчик давления), то в составы датчиков 3 напряжения и АЦП 4 следует включить коммутаторы, которые поочередно подключают выводы 1.1 ак- . кумуляторов 1 и выводы 1.2 датчиков давления соответственно к входам датчиков 3 напряжения и АЦП 4.

Предлагаемый способ увеличивает ресурс аккумулятора, стабилизирует емкостные характеристики, уменьшает тепловыделения при заряде, увеличивает коэффициент использования зарядной мощности.

ормула изобретения

Ф

Способ эксплуатации аккумулятора путем проведения заряд-разрядных циклов, при котором заряжают аккумулятор и контролируют величину его емкости по давлению, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса аккумулятора и стабилизации его емкостных характеристик, аккумулятор заряжают до минимально необходимой на цикле разрядной емкости, заканчивая заряд при достижении соответствующего уровня давления (Руст;), причем для определения в процессе эксплуатации указанного уровня давления периодически проводят глубокие разряды аккумулятора до минимально допустимого разрядного напряжения, при этом измеряют остаточные давления

9157694610

и определяют разность остаточных дав- и определяют указанный уровень давлений ЛР1 по формуле

ления (Py crj) по формуле

и определяют указанный ур

ления (Py crj) по формуле

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при разработке и эксплуатации аккумуляторов, в которых величину емкости контролируют по давлению, например, при использовании указанных аккумуляторов в составе никель-водородных батарей для систем электропитания. Цель изобретения - увеличение ресурса аккумулятора и стабилизация его емкостных характеристик. Способ эксплуатации аккумулятора путем проведения заряд-разрядных циклов включает контроль заряда по давлению в аккумуляторе, соответствующему минимально необходимой на цикле разрядной емкости, корректировку указанного уровня давления в зависимости от изменения остаточного давления, измеренного при проведении глубоких разрядов аккумулятора до минимально допустимого разрядного напряжения. 2 ил.

ар. р

ост

ост f-2

рост i-i и Р

ост 1-2

- остаточные давления в аккумуляторе на i-м и i-2-м режимах глубокого разряда,

Руст; e P уст, -, +AVlt

где РуСТ ,, - уровень давления на (1-1)-м цикле, соот- ветствуняций минимально необходимой на цикле разрядной емкости.