Устройство для контроля степени заряженности аккумуляторной батареи Советский патент 1976 года по МПК H01M10/48 

Изобретение касается проблемы контроля и сохранения работоспособности аккумуляторых батарей, используемых на транспортных средствах для запуска двигателей внутреннего сгорания, а также для питания потребителей.

Известно устройство для контроля состояния заряженности аккумуляторной батареи и переключения ее с заряда на разряд с помощью реверсивного счетчика ампер-часов с учетом к. п. д. заряда аккумуляторной -батареи

1.

Кроме того, известно устройство для контроля емкости аккумуляторной батареи, состоящее из интегрирующего счетчика ампер-часов, фотосчитывающего элемента и шунта, включенного в цепь батареи, причем выход фотосчитывающего элемента этого устройства соединен через формирователь импульсов с реверсивным счетчиком, управляемым переключающим блоком, подсоединенным к щунту 2.

Известно также устройство для контроля емкости аккумуляторной батареи, включающее цифровой реверсивный счетчик и связанный с ним преобразователь частоты, регистрирующий ток разряда и ток саморазряда батареи 3.

Однако такие устройства не обеспечивают необходимой точности контроля, так как измеряемые этими устройствами параметры батареи нелинейно связаны со степенью ее заряженности и зависят от таких факторов как

температура, величина разрядного тока от

напряжения аккумуляторной батареи и т. д.

С целью повышения точности контроля,

предлагаемое устройство снабжено двумя вычислительными блоками, один из которых запрограммирован серией графиков, выражающих зависимость ампер-часовой отдачи батареи в зависимости от тока разряда и температуры, а второй - зависимость Q мин. раб.

f(t°), причем первый блок подключея но одному входу к усилителю, по второму входу - к термодатчику батареи, а по выходу через второй вычИСЛИтелвный блок, соединенный с термодатчиКОМ, ко второму входу бло-ка оравнения.

При этом, к выходу блока сравнения подсоединен блок сигнализации.

На фиг. 1 приведены температурозависимые характеристики а. 4. f(a) свинцового

аккумулятора, в процентах номинальной емкости (Сн) батареи; на фиг. 2 - зависимость от температуры для стартерной батареи минимальиого количества ампер-часов, требуемых для обеспечения запуска двигателя, выраженная в процентах от номинальной емкости батареи (Сн); на фиг. 3 - блок-схема предлагаемого устройства. Как видно из характеристик, показанных па фиг. 1, отбираемое от батареи количество ампер-часов уменьшается с увеличением разрядного тока и уменьшением температуры. Из фиг. 2 следует, что при уменьшении температуры, для обеспечения зажигания двигателя, выраженная в процентах от номинальной емкости батареи величина минимальной емкости запуска возрастает. На фиг. 3 показана стартерная батарея 1, в токовой цепи 2 которой включен низкоомный резистор 3, с которого снимается напряжение, подаваемое к измерительному усилителю 4. Выходное напряжение измерительного усилителя 4 подается на вход преобразователя напряжение - частота 5, который вырабатывает импульсы с частотой следования, П|р01по|рциональной подаваемому на вход значению напряжения. Преобразователь 5, который может быть выполнен по обычной схеме, имеет регулирующий орган 6, с помош.ью которого в зависимости от зарядного фактора (к. п. д.) батареи 1 выходная частота преобразователя при заряде аккумулятора несколько отличается от таковой при разряде. Выходная линия 7 преобразователя 5 подключена к входу схемы - ИЛИ 8, на второй вход которой подается сигнал импульсного генератора 9, частота следования импульсов которого регулируется с помощью второго регулирующего органа 10. В случае, когда исчезает входное напряжение преобразователя 5, импульсным генератором 9 вырабатывается последовательность импульсов регулируемой частоты, которая с помощью регулирующего органа 10 устанавливается такой, что скорость саморазряда батареи, которая не вызвала бы достаточного для срабатывания преобразователя 5 падения напряжения на резисторе 3, учитывается схемой - ИЛИ 8. Выходное напряжение схемы ИЛИ 8 подается на счетный вход 111 цифрового счетчика 12, который служит интегратором и выполнен, например, в виде реверсивного четырехдекадного счетчика. Этот счетчик работает в прямом направлении при заряде, и в обратном направлении- П)ри раз(ряде, так что ои выдает и накапливает цифровой выходной сигнал, который указывает результатирующнй отбор-количество- ампер-часов, исходя из заданнОГо полного зарядного состояния. Для управления счетчиком 12 в зависимости от режима заряда или разряда к его управляющему входу 13 подключен сравнивающий блок 14, который управляется в зависимости от знака выходного напряжения измерительного усилителя 4. На выходе цнфрового счетчика 12 «аходится цифро-аналоговый преобразователь 15, который вырабатывает аналоговое напряжение, соответствующее цифровому значению этого счетчика. Это напряжение имеет при полном заряде батареи 1 значение, равное нулю и увеличивается с увеличением разряда. Далее к измерительному усилителю 4 подключен вычислительный блок 16 нагрузочной кривой, запрограммированной согласно изображенной на фиг. 1 связи разрядного тока, температуры и ампер-часов, и управляется с одной стороны, на входе 17 от измерительного усилителя в соответствии с разрядным током, а с другой стороны - на входе 18 от температурного датчика 19 в батарее 1 в соответствии с ее температурой, так что на- выходе 20 вырабатывается аналоговое напряжение, которое указывает при соответствующем разрядном токе и действующей темпе(ратуре отбираемое количество ампер-часов. Как показано на фиг. 3 штрихпунктирной линией, выход 20вычислительного блока нагрузочных кривых 16 подключен к входу 21 сравнивающего устройства 22, на другой вход 23 которого подводится аналоговое напряжение цифровоаналогового преобразователя 15. В этом случае сравнивающее устройство 22 может быть использовано как индикаторный прибор, который образует разность напряжений на входах 21 и 23. Напряжение, подаваемое па вход 21показывает, количество ампер-часов, которое может быть отобрано от батареи 1 при данном разрядном токе и действующей температуре с учетом нелинейной характеристики батареи. Напряжение, подаваемое на вход 23 показывает, какое количество амперчасов, исходя из заданного полного зарядного тока, уже было отобрано. Таким образом, разностное напряжение показывает, какое количество ампер-часов еще может быть отобрано при данном зарядном состоянии батареи, при соответствующем разрядном токе и при действующей температуре. Шкала индикаторного прибора может быть проградуирована непосредственно в ампер-часах (а. ч.) или в процентах от номинальной емкости батареи 1, а прибор на электрофицированных транспортных средствах можно применять с тяговой батареей, аналогично применению бензомера на машинах с двигателем внутреннего сгорания. Для того, чтобы получить данные о том, располагает ли зарядное состояние батареи 1 при данной действующей температуре необходимым колйч-еством ампер-часов, согласно другому варианту, который предпочтителен, сигнал с выхода 20 вычислительного- блока для нагрузочной кривой 16, как показано на фнг. 3 сллош|Ными линиями, подводится на один вход 24 корректирующего вычислительного устройства 25 кривой, которая запрограммирована согласно характеристике на фиг. 2, в соответствии с соотношением минимальной потребности ампер-часов для запуска двигателя и температуры, а к второму входу 26 подводится сигнал от датчика температуры 19. Аналоговый сигнал с выхода 27 того корректирующего вычислительного устройства поступает на вход 21 сравнивающего

устройства 22, на другой вход которого снова поступает сигнал от преобразователя 15. К выходу сравЕивающего устройства 22 подсоединена релаксационная схема 28, которая срабатывает всякий раз, когда сигнал сравнения равен нулю или меньше нуля, и вырабатывает выходной сигнал, который подводится к индикатору 29 -и 1кото1рый может выдавать, например, оптический или акустический сигнал.

Описанное выше устройство с успехом можно применять, например, на машинах в соединении со стартерной батареей, для того, чтобы в случае опасности выдать водителю сигнал о том, что во время разряда батареи на вн-еш ие нагрузки она ip азряжается настолько, что возможность зажигания двигателя ставится под сомнение. Характеристика, обработанная в кор:ректи1руюш.ем вычислительном устройстве 25, согласно фиг. 2, указывает, какой наименьший процент от номинальной емкости батареи 1 при данной температуре «ще в 1Н«й имеется в распо1ряже«ии для надежного зажигания. Эта характеристика определяется опытным путем. Относительно напряжений, подаваемых на входы 24 и 26, выходное напряжение корректирующего вычислительного устройства 25 указывает, какое количество ампер-часов батареи 1 при действующей температуре и данном разрядном токе может быть отобрано вплоть до достижения остаточной емкости, еще обеспечивающей зажигание. При равновесии сигналов на входах 21 и 23 сравнивающего устройства достигается эта остаточная емкость, а индикатор устанавливается в положение, указывающее на то, что во время п/ростоя батареи оиа «едолжна разряжаться на различные нагрузки, если должна быть обеспечена стартерная способность транспортных средств.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля степени заряенности аккумуляторной батареи, содержаее датчик тока в цепи батареи, подключенный через усилитель, преобразователь напряжения в частоту, с регулирующим органом. учитывающим к. п. д. заряда, и схему ИЛИ к реверсивному счетчику ампер-часов, блок

сравнения, один вход которого связан через цифро-аналоговый преобразователь с выходом реверсивного счетчика, генератор импульсов, пропорциональных току саморазряда батареи, связанный со вторым входом схемы

ИЛИ, и термодатчик, размещенный в батарее, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности контроля, устройство снабжено двумя вычислительными блоками, один из которых запрограммирован серией

графиков, выражающих зависимость амперчасовой отдачи батареи в зависимости от тока разряда и температуры, а второй - зависимость QMira., причем первый блок подключен ,по одному входу к усилителю, по

второму входу - к термодатчику батареи, а

по выходу через второй вычислительный блок,

соединенный с термодатчиком, ко второму

входу блока сравнения.

2. Устройства по п. 1, отличающееся

тем, что к выходу блока сравнения подсоединен блок сигнализации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 118532, М. Кл.2 Н 01М 45/04. 1959 г.

2.Авторское свидетельство СССР № 312332, М. Кл.2 Н 01М 45/06, 1971 г.

3.Авторское свидетельство СССР № 335756, М. Кл.2 Н DIM 45/04, 1972 г.

.a./tv;

/г

30 70

so

50 S30. 20W.

-I- CH

(-c)

-I-20 с

a

3C

2Cu

Фиг.1

10 20 30 fO

fc)

I, a.ч

fui г

ю