Способ определения внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи Советский патент 1992 года по МПК H01M10/48 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к контролю параметров аккумуляторных батарей (АБ).

Известен способ определения внутреннего сопротивления АБ путем измерения ЭДС и напряжения при фиксированной величине действующего значения переменного тока, протекающего через батарею, и вычисления сопротивления по полученным данным. Способ предусматривает разделение АБ на две равные части и их встречное включение при измерении параметров.

Известен также способ определения внутреннего сопротивления АБ путем ее включения в одно из плеч моста переменного тока, предварительно уравновешенного, последующего уравновешивания моста и вычисления внутреннего сопротивления батареи по формуле равновесия моста. Этот способ предусматривает использование источника переменного тока синусоидальной формы и требует больших затрат времени.

Определение внутреннего сопротивления АБ осуществляется, как правило, с целью определения величины ее емкости. Известно, что внутреннее сопротивление батареи зависит от величины разрядного тока, его формы, частоты разрядного тока, температуры и других параметров. При определении внутреннего сопротивления АБ обычно фиксируют параметры условий, при которых производится измерение косвенных параметров. При этом основным требованием является обеспечение высокой точности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения внутреннего сопротивления АБ. предусматривающий измерение ЭДС и напряжения АБ на переменном импульсном токе прямоугольной формы со скважностью равной двум, фиксацию действующего значения этого тока и вычисления сопротивления по полученным данным. При этом формирование тока заданной формы осуществляется путем разряда АБ на балластное сопротивление постоянным током, затем подачи на нее зарядного тока в виде униполярных прямоугольных импульсов, скважность которых равна двум, и изменением этого тока до уровня, соответствующего равенству нулю постоянной составляющей результирующего тока. Данный способ за счет использования переменного импульсного тока прямоугольной формы со скважностью, равной двум, обеспечивает подавление поляризации в среднем за период в батарее и позволяет на основе косвенных измерений ЭДС, тока и напряжения вычислить полное внутреннее сопротивление переменному току.

Известный способ предусматривает использование переменного импульсного тока прямоугольной формы со скважностью, равной двум.

Однако обеспечить прямоугольную форму импульсного тока крайне затруднительно, что связано с наличием фарадеев- сжой емкости и индуктивности в полном сопротивлении батареи, например на никель-кадмиевой, на переменном токе, искажающем прямоугольную форму тока. Искажение формы прямоугольного переменного тока обуславливает отличие контролируемого по амперметру действующего значения переменного тока от среднего разрядного тока батареи, относительно которого производится определение внутреннего сопротивления. Прямоугольную форму переменного тока можно было бы обеспечить на резонансной частоте батареи. Однако резонансная частота батареи зависит от ее емкости. Поэтому для определения резонансной частоты, соответствующей текущей емкости АБ, необходимо предварительное определение частотной характеристики, что является весьма трудоемким процессом и требует больших затрат времени на замерение, а также на охлаждение батареи после снятия характеристики. Ошибка, связанная с искажением прямоугольной формы переменного тока, является весьма значительной. Ее значение возрастает по мере удаления частоты переменного тока от значения резонансной частоты. Таким образом, недостатком известного способа является низкая точность определения внутреннего сопротивления АБ.

Цель изобретения - повышение точности определения внутреннего сопротивления батареи путем учета искажения формы переменного импульсного тока батареи и ее

реактивного сопротивления.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения внутреннего сопротивления АБ, например никель-кадмиевой, предусматривающем измерение ЭДС и напряжения при фиксированной величине переменного тока со скважностью, равной двум, который формируется за счет наложения на постоянный разрядный ток батареи униполярных прямоугольных импульсов зарядного тока, и вычисления сопротивления по полученным данным, величина действующего значения переменного тока устанавливается равной J Кф1н, где н - расчетный ток нагрузки батареи; Кф - коэффициент

формы переменного импульсного тока батареи. Частота тока выбирается равной 10 кГц, а вычисление сопротивления производится по формуле

25

ro (2jrfL)2

где L - индуктивность-батареи при частоте переменного тока 10 кГц,

Отличительные признаки предлагаемого способа определения внутреннего сопротивления АБ обеспечивают соотзетствие устанавливаемого при измерении действующего значения импульсного переменного тока расчетному значению тока нагрузки

батареи, относительно которого производится определение внутреннего сопротивления. Введение фиксированной частоты переменного импульсного тока, соответствующей заведомо индуктивному характеру

внутреннего реактивного сопротивления при вычислении внутреннего сопротивления батареи, обеспечивает повышение точности определения внутреннего сопротивления.

На фиг. 1 представлена одна из возможных схем для осуществления предлагаемого способа, на фиг. 2 - диаграммы токов в цепях данной схемы, на фиг. 3 - частотная характеристика полного внутреннего сопротивления никель-кадмиевой АБ.

Перед подачей тока на АБ 1 производится измерение ее ЭДС (Е) с помощью вольтметра 2. Затем к никель-кадмиевой АБ 1 подключается сопротивление 3 и осуществляется ее разряд расчетным током нагрузки 1н, значение которого отслеживается по амперметру 4 среднего значения. После этого включается источник 5, вырабатывающий униполярные импульсы тока прямоугольной

формы с частотой 10 кГц и скважностью, равной двум, которые через сопротивление 6 подаются на АБ 1. Действующее значение результирующего тока АБ 1 J контролируется по амперметру 7. Таким образом, переменный импульсный ток частотой 10 кГц и скважностью, равной двум, формируется путем наложения униполярных импульсовто- ка прямоугольной формы источника 5 на разрядный ток АБ 1 (фиг. а). Регулировкой сопротивлений 3 и 6 добиваются снижения среднего тока АБ 1 до нулевого значения (контролируется по амперметру тока АБ 1 до нулевого значения) и установки действующего значения результирующего переменного импульсного тока АБ 1 по амперметру 7, равного J Кф1н, где Кф - коэффициент формы переменного импульсного тока .

После установки указанных значений токов АБ 1 производят измерение ее напряжения U по вольтметру 2. На частоте переменного импульсного тока f 10 кГц внутреннее сопротивление никель-кадмиевой АБ 1 имеет индуктивный характер (фиг. 3). При этом форма прямоугольных импульсов переменного тока искажается, что про- является в затягивании фронтов и появлении хвостов у импульсов тока (фиг. 26), так как значение индуктивности АБ 1 L не зависит от величины ее емкости, то на фиксированной частоте 10 кГц этот параметр для любых уровней заряженности батареи конкретного типа есть величина постоянная. Кроме того, по этой же причине коэффициент формы импульсного тока АБ 1 Кф на частоте 10 кГц для любых уровней заряженности батареи также остается неиз.- менным. В зависимости от уровня заряженности изменяется омическое сопротивление г0, а следовательно, и амплитуда переменного импульсного тока. Однако Кф J/Up, где tcp - среднее значение переменного импульсного тока за полпериода, т. е. изменение амплитуды импульсов тока на значение параметра Кф влияния не оказывает. Поэтому индуктивность L АБ 1 и коэффициент формы переменного импульсного тока Кф на частоте 10 кГц для конкретного типа батареи могут быть определены до начала измерений и являются справочными данными. Определение внутреннего сопротивления никель-кадмиевой АБ 1 г0 производится по полученным данным в соответствии с формулой

Го(Кф)2-()2,- .

Выбор частоты переменного импульсного тока f, равной ТО кГц, обусловлен тем, что

большинство типов АБ на этой частоте имеет преобладающее активно-индуктивное сопротивление (емкостная составляющая практически равна нулю). Использование в расчетной формуле параметра Кф обусловлено необходимостью приведения измеренных параметров к однотипным значениям (в данном случае к средним значениям н и/Кф, что обеспечивает повышение точно0 сти определения внутреннего сопротивления батареи относительно расчётного значения тока нагрузки.

Таким образом, благодаря введению фиксированного действующего значения и

5 частоты переменного импульсного тока, смещающей характер внутреннего сопротивления АБ в область с преобладающим активно-индуктивным значением, и учету индуктивной составляющей сопротивления

0 в расчетной формуле, а также учету коэффициента формы переменного импульсного тока, обеспечивается повышение точности определения внутреннего сопротивления никель-кадмиевой АБ относительно расчет5 ного значения тока нагрузки.

Таким образом, предлагаемый способ отличается повышенной точностью. Данное преимущество обеспечивается благодаря учету факторов, обуславливающих погреш0 ности, в частности, проявление реактивного характера сопротивления АБ на некоторой частоте переменного тока и отличие по величине между действующим и средним значением тока, Лабораторные испытания

5 подтверждают повышение точности определения внутреннего сопротивления батареи на 17,3% по сравнению с известным устройством при испытании никель-кадмиевой батареи 5 НК-13-1.

0

Формула изобретения Способ определения внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи, предусматривающий измерение ЭДС и

5 напряжения при фиксированном значении переменного импульсного тока со скважностью, равной двум, который формируют путем наложения на постоянный разрядный ток батареи униполярных прямоугольных

0 импульсов зарядного тока, и вычисления сопротивления по полученным данным, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, действующее значение переменного тока устанавливают рав5 ным J Кф1н, где н - расчетный ток нагрузки батареи, Кф - коэффициент формы переменного импульсного тока батареи, частота тока выбирается равной 10 кГц а сопротивление вычисляют по формуле:

()2-(27rfL)2,

где L- индуктивность батареи при частоте f переменного тока 10 кГц.

Использование: контроль параметров аккумуляторной батареи. Сущность изобретения: определяют ЭДС (Е) батареи. Пропускают через батарею переменный импульсный ток со скважностью, равной двум, сформированный путем наложения на постоянный разрядный ток (JM) униполярных импульсов зарядного тока прямоугольной формы. Действующее значение переменного тока устанавливают равным J Кфх xJH, где Кф - коэффициент формы переменного тока батареи. Частота тока 10 кГц. Сопротивление батареи вычисляют по формуле: г0 ( -( L)2, где L - индук- батареи при f 10 кГц. 3 ил. тивность

2

а

LS

b+h

Д

Фиг. 2

и

Фие.1

го

хМ/ XL

ч.

О

Sp

ФигЗ

Ю кГц