троля является низкая точность определения нахождения отстающего аккумулятора и невысокая достоверность из-за малой вероятности появления большой разности напряжений двух полубатарей. Особенно сильно эти недостатки проявляются при контроле батареи, составленной из большого числа аккумуляторов. Так, например, ак- кумуляторные батареи пассажирских вагонов составлены из 88-и соединенных последовательно элементов. Возможны и большие цифры, порядка 150-250.
Достаточно большой разброс разрядных характеристик, носящий случайный характер, может в отдельных случаях не позволить показать наличия элемента даже и достигшего нулевого потенциала или выдать ложную информацию.
Целью изобретения является повышение эффективности и точности контроля.
Предлагаемый способ позволяет избежать вышеприведенных недостатков. Он может быть использован при любом числе последовательно соединенных аккумуляторов на любом объекте, в том числе и на нестационарном. Суть его заключается в том, что аккумуляторы батареи в целях контроля группируют в к групп, числом больше двух с постоянным, не обязательно равным числом аккумуляторов. Эти группы могут быть обусловлены размещением аккумуляторной батареи на объекте или удобством подключения измерительных проводов. На измерительном выходе от каждой группы аккумуляторов устанавливают высокоом- ный делитель в отношении 1/к, где к-число аккумуляторов в группе Тогда величина напряжения на выходе группы будет соответствовать среднему текущему значению аккумулятора. В этом случае правомерно при разряде сравнивать между собой средние текущие значения напряжения аккумуляторов в каждой группе и разницу между их значениями с наперед заданной величиной. При превышении в любой разности делают суждение о наличии в группе аккумулятора с недостаточной емкостью для данного режима разряда. Сравнение производят непрерывно в случайной последовательности, что повышает вероятность определения неисправного аккумулятора.
Наперед заданную величину, с которой производят сравнение разности средних текущих значений аккумуляторов получают либо экспериментальным, либо расчетным путем из семейства разрядных характеристик. На фиг. 1 показано типичное семейство характеристик разряда аккумуляторов в составе батареи 20 ТНЖ-400 В табличном
виде, удобном для расчетов, характеристики представлены в табл. 1.
Из анализа табл. 1 видно, что при близких значениях напряжений всех аккумуляторов (первая строка) разница между самым большим и средним значением напряжения аккумулятора невелика - 1,15- 1,,0075 В. При наличии одного аккумулятора в совокупности, вышедшего за
границы допустимого напряжения, разница между средними значениями напряжения в нормальной совокупности и содержащей отстающий аккумулятор увеличивается - 1,1425-1,,0225 В. Таким образом, для
данного режима разряда и электрохимической системы может быть установлен критерий диагностики - разность между средними текущими значениями напряжений аккумуляторов в группах более 20 мВ.
Таким же образом может быть установлена
значащая разница напряжений для других
электрохимических систем аккумуляторов.
Итак, для реализации предлагаемого
способа делят аккумуляторную батарею на
несколько групп, числом более двух, определяют среднее текущее значение аккумулятора в каждой группе, сравнивают в любой последовательности два значения средних текущих напряжений, а их разность
с наперед установленной величиной и по результату сравнения судят о наличии в этой паре групп отстающего аккумулятора. Пусть, например, аккумуляторная батарея 88 ВНЖ-300, разбита на шесть групп, в
которых число аккумуляторов от 14 в четырех до 16 в двух. Среднее текущее значение напряжения устанавливается высокоомны- ми резистивными делителями 1:14 и 1:16 в соответствующих группах и в некоторый момент измерений принимает значения, например, такие, какие представлены в табл. 2.H,ct
Из таблицы видно, что в пятой группе аккумуляторов есть один или несколько отстающих аккумуляторов, которые необходимо вывести из состава данной совокупности, составляющей батарею, т.к. абсолютная разность между ней и другими группами по среднему текущему напряжению превышает 0,02 В.
Увеличение точности контроля обратно пропорционально количеству аккумуляторов в группе и в пределе имеет контроль напряжения каждого аккумулятора.
К недостаткам предлагаемого способа можно отнести невозможность точного определения группы, в которой находится отстающий аккумулятор, в результате соотношения разности с наперед заданным
начением по одной паре групп, т.к. абсолютная разность дает основание только для дефектовки пары групп. Найти группу с дефектным аккумулятором можно только по повторяемости результата в других парах.
Для того, чтобы по одной операции соотношения разности в каждой паре сделать суждение о наличии дефектного для данной батареи аккумулятора предварительно устанавливают номер групп в каждой паре и устанавливают последовательность получения разности напряжений. В этом случае при абсолютной разности, превышающей, наперед заданное значение, по знаку разности судят о том, в какой группе есть отстающий аккумулятор. Из табл. 2 видно, что по первой разности напряжений пятой и первой групп можно сделать заключение по знаку разности, что в пятой группе есть отстающий аккумулятор. По разности, например между напряжениями шестой и пятой групп можно однозначно сделать тот же вывод, т.к. знак разности положительный.
На фиг. 2 приведена структурная схема устройства, которое реализует предлагаемый способ контроля состояния аккумуляторов в батарее. Функционально устройство состоит из пяти блоков: 1 - блок делителей, 2 - блок коммутации, 3 - блок генерации кодов последовательности опросов групп аккумуляторов, 4 - блок определения разности напряжений и знака, 5 - блок фиксации и индикации групп с отстающими аккумуляторами.
Устройство работает следующим образом.
Аккумуляторная батарея АБ разбивается на N групп с произвольным числом аккумуляторов в каждой группе, причем аккумуляторы в группах и сами группы соединены последовательно. Суммарное напряжение аккумуляторов каждой группы поступает на свой делитель напряжения (высокоомный) в блоке делителей 1, Делители напряжения выполнены по схеме дифференциального усилителя. Пусть в i-й группе j аккумуляторов Тогда резисторы i-ro делителя блока 1 связаны следующими соотношениями:
P1-I-P3-I; P2-i P4-i; j.
ГЈ. - I
.Таким образом, на выходе каждого делителя будет напряжение, равное среднете- кущему напряжению аккумулятора в каждой группе. Напряжения с выходов делителей блока 1 поступают на аналоговые входы мультиплексоров (коммутаторов) аналоговых сигналов Мх1 и Мх2 блока коммутации 2. Нулевой аналоговый канал мультиплексоров Мх1 и Мх2 не используется. Связь между количеством аналоговых
каналов и количеством цифровых выходов мультиплексоров определяется из соотношения:
К logz(N+1).
5 где К - количество цифровых входов; N - число групп аккумуляторов.
На цифровые управляющие входы мультиплексоров Мх1 и Мх2, отвечающих за номер коммутируемого канала, поступают
0 управляющие сигналы с блока 3 генерации кодов последовательности опросов групп аккумуляторов. Блок 3 генерации кодов последовательности опросов групп аккумуляторов состоит из генератора прямоугольных
5 импульсов Г, 1-разрядного двоичного счетчика СТ2 и постоянной памяти РОМ с организацией 2x2К, где К - число управляющих входов мультиплексоров; I -число разрядов двоичного счетчика СТ2.
0 В постоянную память записана псевдослучайная последовательность кодов опроса пар аккумуляторов. Минимальная длина кодовой последовательности определяется из соотношения:
N / , 1
L 2(N - 2)
где L г- минимальная длина кодовой последовательности, откуда
0 loga( 2(ТЙШ
При этом надо помнить, что I - целое число.
Состояние счётчика СТ2 изменяется (увеличивается на единицу) по переднему
5 фронту импульса, поступающего на его син- хровход С с генератора Г. Максимальная частота генератора Г определяется суммарным временем срабатывания мультиплексоров и временем установления
0 (завершением переходных процессов после коммутации мультиплексоров) блока 4 определения разности напряжений и знака.
Напряжения с выходов аналоговых мультиплексоров Мх1 и Мх2 поступают на
5 вход дифференциального усилителя, собранного по классической схеме на операционном усилителе1 А1-4 блока 4. Напряжение на его выходе равно разности выходных напряжений мультиплексоров,
0 номера которых определяются кодовыми комбинациями в этот момент на управляющих входах мультиплексоров Мх1 и Мх2. Сигнал с выхода А1-4 поступает на вход определителя знака разности, собранного
5 на операционном усилителе А4-4, и на вход преобразователя полярности напряжения, собранного на операционном усилителе А2- 4 и полевом транзисторе У1-4. Напряжение на выходе А4-4 имеет положительную полярность (близкую к положительному напряжению источника питания) в том случае, если напряжение на выходе А1-4 отрицательно, т.е. среднее значение напряжения группы аккумуляторов, подключенных через мультиплексор Мх1, больше, чем среднее значение напряжения группы аккумуляторов, подключенных через Мх2. В противном случае, если напряжение на выходе А1-4 положительно, и, следовательно, среднее значение напряжения группы аккумуляторов, подключенных через мультиплексор Мх1, меньше, чем среднее значение напряжения группы аккумуляторов, подключенных через Мх2, напряжение на выходе А4-4 отрицательно. Величина напряжения гистерезиса А4-4 выбирается на порядок меньшей, чем наперед установленная величина разности напряжений групп аккумуляторов, по величине которой выносят суждение о наличии отстающего аккуму- лятора в одной из групп (опорное напряжение, подаваемое на вход компаратора АЗ-4, равно этому значению). Гистерезис определяется соотношением сопротивлений R9-4 и R10-4, I-20 введение необходимо для однозначной работы преобразователя полярности напряжения, собранного на А2-4 в случае, если напряжение на выходе А1-4 равно нулю.
Преобразователь полярности собран по классической Схеме ( R7-4.(
R5-4
-2- и работает следующим образом. Если напряжение на его выходе положительно, то напряжение на выходе А4-4 отрицательно, транзистор У1-4 закрыт, и операционный усилитель А2-4 работает повторителем, т.е. сигнал на его выходе положителен и равен входному. Если напряжение на его выходе отрицательно, то на выходе А4-4 положительно, транзистор У1-4 открыт, и операционный усилитель А2- 4 работает в режиме инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления - 1, сигнал на его выходе положителен и численно равен входному. Напряжение с выхода А2-4 поступает на инвертирующий вход компаратора АЗ-4. На инвертирующий вход компаратора АЗ-4 поступает положительное опорное напряжение. В случае, если сигнал на выходе А2 4 больше, т.е. разность средних текущих напряжений двух групп аккумуляторов больше наперед заданного значения, напряжение на выходе компаратора имеет единичный уровень цифровых микросхем, в противном случае - нулевой уровень. Таким образом, по наличию единичного уровня на выходе АЗ-4 выносится суждение о наличии отстающего аккумулятора в одной из подключенных групп, а по
знаку напряжения на выходе А4-4 выносится суждение, к какому мультиплексору подсоединена группа с отстающим аккумулятором. Для преобразования полярности напряжения на выходе А4-4 в управляющие сигналы для цифровых микросхем служит цепочка, состоящая из резистора Р12-4, диода УЗ-4 и двух инверторов 4НЕ-1 и 4НЕ-2. 4 нулевой сигнал на выходе 4НЕ-1
0 соответствует случаю, когда среднее значение группы аккумуляторов, подключенных через Мх2 меньше, чем через Мх1. Нулевой уровень сигнала с выхода 4НЕ-1 разрешает работу дешифратора ДС1 блока 5, а нуле5 вой уровень сигнала с выхода 4НЕ-2 разрешает работу дешифратора ДС2 блока 5. На входы дешифратора ДС1 поступают те же коды, что и на Мх1, на входы ДС2, те же, что и на Мх2, т.е. номер включенного выхода
0 дешифратора ДС1 и ДС2 соответствуют номеру группы аккумуляторов, подключенных соответственно к мультиплексорам Мх1 и Мх2. Таким образом, сигналы с выходов инверторов 4НЕ-1, 4НЕ-2 разрешают работу
5 того дешифратора, на выход которого подается код номера группы аккумуляторов с меньшим средним текущим напряжением (избранной пары групп), и номер его вклк ченного выхода соответствует номеру этой
0 группы. Сигналы с одноименных выходов дешифраторов ДС1 и ДС2, поступают на входы схем И. Как видно из схемы, включенному выходу соответствует нулевой уровень сигнала и схема И будет выполнять
5 функцию ИЛИ по нулевому уровню. Таким образом, присутствие нулевого уровня на выходе одной из схем 5H-1-5H-N однозначно определяет номер группы аккумуляторов с меньшим средним текущим напряжением
0 в выбранной данный момент времени пары. Сигналы с выходов схем И поступают на первый вход соответствующей номеру этой группы схемы ИЛИ-НЕ, Вторые входы схем ИЛИ-НЕ блока 5 объединены и соединены с
5 выходом 5И-НЕ-1 на один вход которой через инвертор поступают импульсы с генератора Г блока 3, а на другой вход сигналы с компаратора АЗ-4 блока 4. Сигнал с блока 3 используется для стробирования во време0 ни сигнала компаратора блока 4. Таким образом, если разность средних текущих напряжений двух групп аккумуляторов превысит допустимое значение, т.е. в одной из групп есть отстающий аккумулятор, то на
5 выходе 5И-НЕ-1 появится нулевой уровень сигнала. Следовательно, на выходе схемы 5ИЛИ-НЕ. соответствующей номеру группы с отстающим аккумулятором, сигнал с нулевого уровня перейдет в единичный, что перекинет соответствующий Р триггер
() и включит светодиод, соответствующий номеру группы с отстающим аккумулятором. Таким образом, на триггерах будут фиксироваться все группы с отстающими аккумуляторами и индицироваться при помощи соответствующих светодиодов (5У1-5У-). Инвертор 5НЕ-1 служит совместно с конденсатором 5С1 и кнопкой 5SD1 для приведения блока 5 в исходное состояние при включении питания и в любой момент времени пд,нажатию кнопки 5SB1.
Таким образом, данное устройство реализует заявляемый способ контроля аккумуляторов в батарее.
Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я
1. Способ контроля состояния аккумуляторов в батарее, при котором батарею разделяют на группы, измеряют напряжение каждой группы, сравнивают измеренные величины, результат соотносят с заранее уста-
новленной величиной и по результату соотношения судят о наличии отстающего аккумулятора в группе, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, батарею разбивают на число групп больше двух с произвольным числом аккумуляторов в группе, вычисляют среднее текущее значение напряжения аккумулятора в каждой группе и определяют разность этих напряжений в любых возможных парах групп.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, устанавливают номер групп в Каждой паре, последовательность получения разности напряжений в парах групп и по знаку разности напряжений устанавливают группу, в которой находится отстающий аккумулятор
«Таблица I
Зависимость напряжения 1КЖ батареи и аккумуляторов от степени раэряженноети, В
Таблица 2
Средние текущие значения напряжений в группах айкуцуляторов
НЖ батареи
О tJTtJJTD U,UI-U,U4-U,UJ. -0,01 0 -0,01 0 -0,05 0,02
О 0,01 0 . 0,01-0,04-0,01 -0,01 0 -0,01 0 -0,05-0,02
0,04 0,05 0,04 0,05 0 0,03
0,01 0.02 0.01 0.02-0,03 О
1,1 f, 05 W№ 0,9 0.85 0,8 0,85° Фиг.1
