Система диагностирования свинцовой аккумуляторной батареи Советский патент 1992 года по МПК G05B23/02 

Ё

Сущность изобретения: система содержит: 1 свинцовую аккумуляторную батарею

XJ СО

со

VI Ю

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, конкретно к информационным системам о состоянии технологических процессов, а более точно к системам диагностирования судовых свин- цово-кислотных аккумуляторных батарей (АБ).

Известна система диагностирования судовой свинцовой АБ, принятая в качестве прототипа, содержащая ЭВМ со средствами индикации и документирования, подключенная через интерфейсные блоки к датчикам напряжения элементов А6 и всей АБ, плотности электролита в четырех контрольных элементах и температуры электролита в каждом элементе АБ (см. Maritime Defence 1982, 7, IV, № 4. рр 137-138). Система обеспечивает контроль перечисленных параметров, а также подсчет энергии АБ, необходимой для обеспечения различных скоростей хода судна.

Основными недостатками данной системы являются: значительные масса и габариты, в основном за счет кабельных линий связи, т.к. общее число точек контроля составляет 1100, а также то, что система не обеспечивает контроль уровня и плотности электролита в каждом элементе АБ.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей системы за счет дополнительного определения урЭвня и плотности электролита в каждом из 120 элементов АБ.

Указанная цель достигается тем, что в состав системы дополнительно вводят коммутатор, по четыре датчика температуры, которые размещают в каждом элементе АБ, первый и второй аналогоцифровые преобразователи (АЦП), управляемый усилитель (УУ), вход которого соединяют с выходом датчика тока АБ, а выход УУ соединяют с входом второго АЦП, выход которого соединяют с первым информационным входом блока обработки результатов измерения, второй информационный вход и адресный выход которого соединяют соответственно с выходом второго АЦП, адресным входом коммутатора, информационные входы которого соединяют с выходами датчиков напряжения, датчиков температуры, выход управления коэффициентом усиления блока обработки результатов измерений соединяют с одноименным входом УУ.

На фиг. 1 приведена блок-схема: на фиг. 2 - алгоритм работы системы технического диагностирования АБ.

Система технического диагностирования (СТД) АБ состоит из судовой свинцовой АБ 1, включающей в себя 120 элементов.

блока обработки результатов измерении (БОРИ) 2 на основе ЭВМ, со средствами индикации и документирования, который через коммутатор (К) 3, аналого-цифровые

преобразователи (АЦП) 4, 5 и управляемый усилитель (УУ) б подключают к датчику тока АБ (ДТ) 7, датчикам напряжения (ДН) 8 и датчикам температуры (ДТп) 9, 10, 11, 12, которые устанавливают в каждом элементе

0 АБ, соединяют с выходом ДТ 7, выход УУ б соединяют с входом АЦП 5, выход АЦП 5 соединяют с первым информационным входом БОРИ 2. а выходы ДН 8, ДТа 9, 10, 11, 12, расположенные в каждом из 120элемен5 тов АБ 1 через К 3 и АЦП 4 соединяют со вторым информационным входом БОРИ 2, а первый управляющий выход БОРИ 2 соединяют с первым входом УУ, второй управляющий выход БОРИ 2 соединяют с К 2, третий

0 и четвертый управляющие входы БОРИ 2 соединяют со вторыми входами АЦП 4 и 5 соответственно.

Система диагностирования свинцовой АБ работает следующим образом. При пода5 че питания к элементам системы с клавиатуры ЭВМ14, входящей в состав БОРИ 2, вводят предварительно измеренные-с помощью ареометра и линейки (см. Соловьев Ф. А. Электрические аккумуляторы Л.

0 ВВМИОЛУ им. Ф. Э.Дзержинского 1959 с. 15-19) начальные значения уровня h0i и плотности d0i электролита в каждом из 120 элементов АБ 1, предварительно полученные отношения отданной каждым элемен5 том емкости к приращению плотности электролита в процессе типовых разрядов и зарядов АБ 1 KIP, Ki3, измеряют текущие значения эдс (Е) в каждом из 120 элементов АБ с помощью ДН 8, производят измерения

0 температур в каждом из 120 элементов АБ 1 в четырех точках - с помощью термосопротивления RI-I (9) - ниже нижней допустимой границы электролита, RZ-I (10) - на номинальном уровне электролита, Рзн (11) - на

5 верхней границе допустимого уровня электролита, R4-i(12)- выше верхней допустимой границы электролита, т.е. в воздушном пространстве внутри элемента АБ 1, температура которого совпадает с температурой

0 воздуха в судовом аккумуляторном помещении (здесь f - индекс 1-го элемента АБ), измеряют величину тока I АБ с помощью ДТ 7, при этом выходные сигналы ДТ 7 передают в БОРИ 2 через УУ 6 и АЦП 5. а выходные

5 сигналы ДН 8 и ДТп, 9, 10, 11. 12 передают в БОРИ 2 через К 3 и АЦП 4, где измеренные значения выходных сигналов перечисленных датчиков запоминают и подвергают обработке по алгоритму (см. фиг. 2) и вычисляют значения плотности электролита

и затем уровня электролита в каждом элементе АБ, при этом значение плотности d электролита определяют по формуле (л. 2 Положительное решение по заявке Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора № 4879696 от 10.07.90 г. Н 01 М 10/42.

d«

V Pl у

Г К Г

Сш

к,

где dH - плотность электролита перед разрядом, приведенная к температуре электролита + 15°С по формуле (см Дасоян М. А. Химические источники тока Л,: Энергия, 1967, с. 83);

+ 0,00136 (15-t)-0,84, где Е - измеренная установившаяся эдс при температуре t, °С;

t - измеренная температура электролита, °С

Cpi - емкость, отданная аккумулятором в 1-м характерном режиме разряда;

Ki - отношение отданной аккумулятором емкости при разряде от полностью заряженного состояния до конечного разрядного напряжения к приращению плотности электролита, полученного предварительно для i-ro характерного режима разряда;

Cpj - емкость, отданная аккумулятором в j-м режиме, отличном от характерного;

Kj - отношение, полученное для j-ro режима, отличного of характерного, интерполяцией зависимости (lpi) а значение уровня электролита h определяют по формуле

h Rh Г° Н Q +U(A Tc)) r0«(t2 -ti)

где Rh - полное сопротивление терморезисторов ДТ„ 9, 10, 11, 12;

г0 - погонное на единицу длины) сопротивление терморезисторов ДТп, 9,10,11.12 при температуре to. взятое, например, из справочника или полученное опытным путем,

Н - полная длина терморезисторов ДТП

9,10, 11, 12;

h - погруженная в электролит часть терморезисторов ДТп 9, 10, 11, 12.

а - температурный коэффициент сопротивления для терморезисторов ДТп 9,

10,11, 12;

ti - температура части ДТП 9, 10, 11, 12, находящейся в воздушной среде;

t2 - температура части ДТП 9, 10. 11, 12, находящейся в электролите.

при этом выходной сигнал Дт 7 подлн г первый и второй входы УУ 6. в котором осуществляют усиление и масштабироплнио сигнала на операционном усилителе и тргх 5 масштабирующих резисторах с коэффици ентами передачи V1, 1 10. 100 для обеспечения точности измерения тока 3 0% п диапазоне изменения тока 1 АБ от 50 до 15000 А, для чего третий вход УУ 6 подклю0 чают к первому управляющему выходу БОРИ 2, а выход УУ 6 соединяют с входом АЦП 5, где аналоговый выходной сигнал ДТ 7 преобразуется в цифровой код и по команде, передаваемой со второго управляющего

5 выхода БОРИ 2 передается в БОРИ 2, в котором обеспечивается индикация и регистрация результатов прямых и косвенных измерений диагностических параметров судовой свинцовой АБ. на основании которых

0 принимают решение об оптимальном режиме дальнейшей эксплуатации АБ.

Система диагностирования свинцовой аккумуляторной батареи может быть выполнена на следующих типовых элементах:

5судовая свинцовая АЕ (см. Норман Н.

Бегшоу.Судовые батареи Л.: Судостроение 1986, с. 57-80);

коммутатор - на реле типа РЭС - 55А, выполненный по схеме n-полюсника в виде

0 контактного дерева ;

управляемый усилитель - на операционном усилителе типа 140УД25стремя масштабирующими резисторами с коэффициентами передачи 1:1, 1:10, 1:100:

5 датчиктока АБ- на шунте типа 100ШСВ класса 0,01 с выходным напряжением, изменяющимся линейно в диапазоне от 0 до 100 мВ, класс 0,5 на 15000А;

датчики температуры на термометрах

0 сопротивления типа ТСП-288М (ТУ 25- 02.222111-8),

АЦП - на базе цифровых вольтметров типа В7 - 34 ТУ Тг 2,710010-89

блок обработки результатов измерений

5 на основе ПЭВМ типа Орбита-8015 ТУ 6 Фт. 320.001ТУ:

Система диагностирования судовой свинцовой аккумуляторной батареи, выполненная на базе сочетания прямых методов

0 измерения напряжения в каждом элементе АБ и АБ в целом, тока АБ, температуры электролита в каждом элементе АБ и косвенных методов измерения плотности и уровня электролита в каждом элементе АБ, количе5 ства электричества, полуиенного (отданного АБ в процессе заряда) разряда, позволяет, в отличие от прототипа, расширить функциональные возможности системы, осуществлять диагностирование состояния каждэго элемента АБ по всем основным контролируемым параметрам, значительно сократить массу и габариты системы за счет снижения числа кабельных линий связи не менее, чем на 50%, сократить стоимость разработки и эксплуатации системы за счет использова- ния типовых, серийно выпускаемых датчиков температуры, тока и напряжения, размещение которых в элементах АБ не требует внесения изменений в их конструкцию, существенно улучшить условия эксплу&га- ции судовой АБ за счет дистанционного контроля всех ее основных контролируемых параметров.

Формула изобретения Система .диагностирования свинцовой аккумуляторной батареи, содержащая блок обработки результатов измерения, датчики напряжения, датчики температуры электролита в элементах аккумуляторной батареи, отличающаяся тем. что, с целью .расширения функциональных возможностей за счет определения плотности и уровня электролита, в нее введены коммутатор, по четыре датчика температуры в каждый элемент аккумуляторной батареи, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, управляемый усилитель, вход которого соединен с выходом датчика тока аккумуляторной батареи, а выход соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым информационным входом блока обработки результатов измерения, второй информационный вход и адресный выход которого соединены соответственно с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, адресным входом коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами датчиков напряжения и датчиков температуры в элементах аккумуляторной батареи, выход управления коэффициентом усиления блока обработки результатов измерения соединен с одноименным входом управляемого усилителя, причем чувствительный элемент первого датчика температуры установлен ниже допустимой границы уровня электролита, чувствительный элемент второго датчика температуры установлен в точке, соответствующей номинальному уровню электролита, чувствительный элемент третьего датчика температуры установлен на границе верхнего допустимого уровня электролита, а чувствительный элемент четвертого датчика температуры установлен выше верхней допустимой границы уровня электролита.