Устройство для контроля степени заряженности свинцовой кислотной аккумуляторной батареи Советский патент 1992 года по МПК H01M10/42 G01R31/36 H01M10/48 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для контроля степени заряженности свинцовых кислотных аккумуляторных батарей по величине равновесной ЭДС.

Известны устройства для определения степени заряженности свинцовых кислотных аккумуляторных батарей; содержащие входные клеммы, пороговый элемент, измерительное устройство и резистивные элементы.

Известно также устройство, в котором входной делитель напряжения снабжен потенциометром с фиксированными для каждого значения номинальной плотности электролита положениями подвижного контакта.

Недостаток этого устройства состоит в том, что, во-первых, оно предназначено для контроля батарей только с одним номинальным напряжением, во-вторых, схема его усложнена дополнительными элементами корректировки линейности шкал измерительного устройства, трудоемка градуировка этих шкал, сложно получить необходимую ее точность.

Цель изобретения - упростить, повысить надежность и точность устройства, едеVI

ю О

о ю

лать его пригодным для контроля батарей с различными номинальными напряжением и плотностью электролита.

Это достигается тем, что между входными клеммами включены в последовательном соединении с миллиамперметром и стабилитроном два переменных резистора и подстроечный резистор, причем один переменный резистор служит для определения степени заряженности батареи по фиксированным для определенных ее значений положениям его движка, второй переменный резистор служит для установки номинальной плотности электролита испытуемой батареи по фиксированным для различных ее значений положениям его движка, а номинальное сопротивление под- строечного резистора выбирается из условия получения определенного (принятого) для контроля батареи потребляемого устройством тока.

С целью контроля батарей с другими, более высокими номинальными напряжениями в устройство введены дополнительные подстроечные резисторы, один зажим которых подключен к упомянутому выше под- строечному резистору в точке его соединения схемы, а вторые зажимы - к дополнительным входным клеммам, причем номинальное сопротивление каждого дополнительного подстроечного резистора выбирается из условия того, чтобы ток контроля данного канала превышал ток контроля первого канала во стоком раз, во сколько номинальное напряжение контролируемой батареи данного канала выше номинального напряжения батареи первого канала.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из переменных резисторов 1 и 2, порогового элемента, например кремниевого стабилитрона 3, индикатора тока контроля, например миллиамперметра 4, и подстроечного резистора 5. Все указанные элементы соединены последовательно и подключены к двум входным клеммам, к которым соответственно подключаются плюсовой EI и минусовой -Еч зажимы контролируемой батареи (первый канал контроля).

Один из переменных резисторов, например 1, служит для определения степени заряженности батарей, для чего под его движком размещается шкала с фиксированными его положениями для определенных значений степени заряженности (разряжен- ности) батареи, например, в процентах. Второй резистор 2 служит для фиксации номинальной плотности электролита испытуемой батареи, для чего под его движком

также размещается шкала с фиксированными его положениями для различных значений плотности электролита, например от максимального, используемого в холодных

климатических районах, до минимального, например, соответствующего полностью разряженной батареи.

Стабилитрон 3 служит для повышения точности измерений в рабочем диапазоне

контроля, миллиамперметр 4 - для фиксации установленного для данной ветви тока контроля И.

Ток контроля И назначается исходя из того, что, во-первых, он не должен быть существенной нагрузкой для батареи, чтобы не исказить значение ее равновесной ЭДС, а во-вторых, из допустимого значения тока стабилитрона с учетом предполагаемых уровней номинальных напряжений контролируемых батарей и может составлять от нескольких миллиампер до нескольких десятков миллиампер.

Для контроля батарей с другими номинальными напряжениями, например более

высокими, чем в первом канале контроля, устройство снабжено дополнительными подстроенными резисторами 6,..п, каждый из которых одним зажимом подключён к общему узлу в месте их соединения с остальными элементами устройства, а другим к дополнительным клеммам, к которым подключается, например, минусовый зажим контролируемых батарей -Е2...-ЕП. При этом номинальное значение каждого дополнительного настроечного резистора устанавливается из условия

40

Е2 Ei

где I2.E2 - контроль и номинальная ЭДС контролируемой батареи в дополнительном (в данном случае втором) канале.

Устройство работает следующим образом.

Перед контролем степени заряженности батареи движком переменного резистора 2 устанавливается номинальное значение плотности электролита для данной батареи, которое определяется под ее паспортным данным. Движок переменного резистора 1 ставится в положение 100%- ной заряженности батареи (сопротивление его максимально). К входным клеммам устройства подключается контролируемая батарея (отключенная от внешней цепи) и перемещением движка резистора . 1 устанавливается по индикатору тока 4 принятый ток контроля И. По шкале под движком резистора 1 считывается степень заряженно- сти батареи.

Для определения среднего значения плотности и электролита в батареи устанавливается движок резистора 1 в положение 100%-ной заряженности поворотом движка резистора 2, устанавливается по индикатору тока 4 ток контроля И. По шкале под движком резистора 2 считывается искомая величина.

Если о батарее нет никаких сведений, кроме значения номинального напряжения (определяется по количеству аккумуляторов в ней), то устройство используется следующим образом. Движки обоих переменных резисторов 1 и 2 ставятся в положение максимального значения заряженности и плотности электролита, и прибор подключается к зажимам батареи.

Движок резистора 2 поворачивается в сторону уменьшения значений плотности до принятого для данной климатической зоны или для принятого тока контроля И (если это произойдет раньше), Затем в первом случае поворотом движка резистора 1 устанавливается ток контроля И, и по шкале этого резистора определяется степень заряженности данной батареи, соответствующая установленной плотности. Во втором случае батарея имеет 100%-ную заряжен- ность при полученной точности. Следовательно, определяется среднее значение плотности электролита в испытуемой батарее.

Термокомпенсация устройства. Принцип действия устройства основан на известной зависимости равновесной ЭДС Е батареи от плотности электролита упри температуре 25°С.

(0,84+ у),

где п - количество аккумуляторов в батарее.

Известно, что температурный коэффициент ЭДС аккумулятора положителен и имеет значение от 0,0002 до 0,0004 В/°С. Температурный коэффициент плотности электролита отрицателен и имеет значение около 0,0007 г/см3/°С. Это значит, что с повышением температуры ЭДС аккумулятора возрастает, а плотность электролита уменьшается. Следовательно, приведенное выше соотношение нарушается. Как же работает устройство при температуре, отличной от 25°С

Если температура повышается от указанной, то плотность электролита понижается и к показанию ареометра следует прибавлять температурную поправку, Но в

этих условиях ЭДС батареи возрастает, следовательно, устройство будет отмечать более высокую, относительно исходной (при 25°С) плотность электролита. Следовательно, с понижением температуры устройство будет отмечать снижение плотности (при определении степени заряженности по плотности электролита это снижение получают путем вычитания температурной поправки

из показаний ареометра). Таким образом, качественная оценка влияния температуры показывает, что изменение равновесной ЭДС автоматически вносит поправку в измеряемое значение плотности электролита.

Чтобы оценить количественно возможные погрешности в измерениях степени заряженности и плотности электролита предлагаемым устройством, обратимся к расчетным данным.

Если принять температурный коэффициент ЭДС аккумулятора равным 0,003 В/°С и допустить, что стабилитрон, используемый в устройстве, обладает полной термокомпенсацией, то расчеты показывают, что при контроле батарей с номинальным напряжением 12 и 24 В при температуре электролита 50°С устройство отметит плотность электролита выше действительной (приведенной к 25°С) на

0,007 г/см3, а по степени заряженности этих батарей примерно на 4,5% выше действительной. При температуре электролита - 50°С устройство отметит меньшие на 0,02 г/см3 плотность и на 13,5% степень

заряженности батарей.

При номинальной плотности электролита у 1,28 г/см3 при температуре 25°С с понижением температуры до -50°С денсиметр отметит плотность у 1,33 г/см3, а прибор

отметит плотность примерно 1,26 г/см и степень заряженности около 87% (вместо 100%).

Таким образом при использовании устройства в указанных в диапазоне изменения температуры электролита ± 50°С в его показания следует вносить поправку по степени заряженности Сз ± 0,18%/ос (вычитается при температуре выше 25°С и прибавляется к показаниям прибора при

температуре ниже 25°С).

Если в устройстве применить стабилитрон с положительным температурным коэффициентом напряжения ТКН (например, типа Д818А, КС468А, Д815А, Б и др.), то

можно дополнительно скомпенсировать ошибку до значения, которое можно на практике не учитывать.

Например, если использовать стабилитрон типа КС468А с ТКН примерно равным

ТКЕ аккумулятора, то получим следующие результаты (при напряжении на стабилитроне 7,5 В): при контроле 12 В батареи погрешность в диапазоне температур ± 50°С составляет не более 1.5% при и 3,5% при t -50°C, а при контроле 24 В батареи соответственно не более 1,5% и 5%. Такая ошибка находится в пределах инструментальной погрешности устройства и поправку можно не вводить.

Общий порядок выбора элементов и градуировки устройства следующий.

В качестве исходных данных принимаются:

количество подлежащих контролю групп батарей и их номинальные напряжения;

тип стабилитрона, могут быть использованы, например, Д815А, КС468А, Д818А, Б и др., выбирается напряжение стабилизации стабилитрона, например, в пределах 7,5-10 В;

значение тока контроля батарей с нижним (первым) уровнем номинального напряжения, например, для указанных выше стабилитронов и батарей первого уровня с напряжением 12 В может быть выбран ток 5 мА.

Тогда для батарей с напряжением, например, 24 В ток контроля будет равен 10 мА и т.д.:

по максимальному значению тока контроля подбирается миллиамперметр - индикатор тока;

выбирается максимальное значение номинальной плотности электролита контролируемых батарей и минимальное, соответствующее разряженному состоянию батареи;

по приведенной выше зависимости ЭДС батареи и плотности электролита составляется таблица в выбранном диапазоне изменения плотности электролита;

назначается цена деления шкал: например, 0,01 по шкале плотности и 10% по шкале степени заряженности;

принимается соответствие между изменениями плотности электролита А у и степе- ни заряженности АСз. Например, изменение плотности на 0,01 соответствует разряду батареи на 6%. Из этого соотношения определяется соотношение между изменением ЭДС батареи и степенью разряда, например, на 10%;

по величине изменения ЭДС на 0,01 изменения плотности электролита определяется величина изменения сопротивления переменного резистора 2 ARi. По принятому количеству ступенек m изменения контрольных значений у определения сопротивления рабочей части резистора 2 R2 ARi m. По значению R2 выбирается тип и номинал переменного резистора R2 (например, ППБ1А);

для определения номинала резистора RI принимается любая номинальная плотность электролита и составляется таблица соответствия между ЭДС и степенью заря0 женности, например, от 100% до 0:

по известному приращению ЭДС на каждое деление шкалы измерения степени заряженности определяется приращение сопротивления резистора RI на каждое де5 ление и общее сопротивление рабочей части этого резистора, после чего выбирается тип и номинал его (например, тоже ППБ-1А); определяется номинальное значение подстроечного резистора 5 по соотноше0 нию

EIHOM - UCT

Rs

11

Собирается схема устройства и производится градуировка шкал перемен5 ных резисторов 1 и 2 в следующей последовательности:

движки резисторов 1 и 2 устанавливаются в положение максимального сопротивления;

0 производится градуировка резистора 2 (контроль плотности) для чего от эталонного источника на вход прибора подводится напряжение, соответствующее выбранной максимальной плотности электролита. Под5 строечным резистором 5 устанавливается принятый ток контроля в данном канале И. Под движком резистора 2 отмечается максимальное значение плотности;

уменьшается входное напряжение на

0 одну ступеньку измерения и поворотом движка резистора 2 снова устанавливается ток контроля И. Под движком резистора 2 отмечается новое (меньшее) значение плотности электролита.

5

Далее операции повторяются. Производится градуировка шкалы резистора RI (контроля степени заряженности), для чего

0 надо установить движок резистора 2 в одно из фиксированных положений номинальной плотности электролита. Движок резистора 1 установить в положение максимального сопротивления;

5 от эталонного источника подать на вход устройства напряжение соответствующее номинальному значению ЭДС батареи при данной плотности электролита. При этом индикатор тока должен отметить принятое

значение тока контроля (по предыдущей настройке). Под движком резистора 2 делается отметка 100%-ной заряженности;

уменьшить входное напряжение на величину, соответствующую разряду батареи, например на 10%. Поворотом движка резистора 1 установить прежнее значение тока контроля и отметить новое значение степени заряженности (в нашем примере 90%). Далее операции повторяются.

После окончания градуировки шкал производится проверка ее точности при других значениях номинальной плотности электролита и номинального напряжения батарей.

Формула изобретения 1. Устройство для контроля степени заряженности свинцовой кислотной аккумуляторной батареи, содержащее входные клеммы, пороговый элемент, индикатор то- ка и резисторы, отличающееся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и точности устройства, между входными клеммами включены в последовательном соединении с миллиампер- метром и пороговым элементом два переменных резистора и подстроечный резистор, причем один переменный резистор служит для определения степени заряженности батареи по фиксированным для определенных ее значений положениям движка резистора, а второй переменный резистор служит для установки номинальной плотности электролита испытуемой батареи по фиксированным для различных ее значений положениям его движка.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, целью расширения диапазона использования путем контроля батарей с другими более высокими номинальными напряжениями, в устройство введены дополнительные подстроечные резисторы, один зажим которых подключен к подстроечному резистору в точке его соединения с элементами схемы, а вторые зажимы подключены к дополнительным входным клеммам, причем номинальное сопротивление каждого дополнительного подстроечного резистора выбирается из условия того, чтобы ток контроля данного канала превышал ток контроля первого канала во столько раз, во сколько номинальное напряжение контролируемой батареи данного канала выше номинального напряжения батареи первого канала.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для контроля степени заряженности свинцовых кислотных аккумуляторов батарей. Цель изобретения - уп- рощение, повышение надежности и точности контроля. Устройство содержит входные клеммы, к которым подключена цепь из последовательно включенных индикатора тока, порогового элемента, двух переменных и одного подстроечного резисторов. Один переменный резистор служит для определения степени заряхенности батареи по фиксированным положениям движка резистора, второй переменный резистор отградуирован в значениях номинальной плотности электролита батареи. На втором переменном резисторе устанавливается значение номинальной плотности электролита, соответствующее определенному климатическому поясу. Движок первого резистора устанавливают в положение ЮО-% ной заряженности, подключают контролируемую батарею. Перемещением движка первого резистора устанавливают в цепи ранее принятое значение тока и по положению этого движка определяют степень заряженности кислотной свинцовой батареи. Устройство позволяет установить наличие короткозамкнутых аккумуляторов и среднее значение плотности электролита. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. СП с

+ Ј/,ЈЈ...Ј„

R1 Mf

R2

R