Способ определения энергетического ресурса аккумулятора Советский патент 1977 года по МПК H01M10/42 

1

Изобретение может быть использовано в различных электротехнических установках, в частности на аккумуляторных электровозах, электроподаиж.ных установках и т. д.

Для определения энергетического состояния аккумулятора, разряжаемого произвольным током, часто используют общеизвестные электрические счетчики квт. часов постоянного тока, измеряющие израсходованную энергию разряда аккумулятора.

Недостатком таких счетчиков для определения ресурса аккумулятора, т. е. той энергии, которую еще можно получить при разряде аккумулятора нагрузочным током, является то, что в них не учитывается временное распределение разрядного тока, тогда как в действительности ресурс энергии аккумулятора зависит «е только от величины израсходованной энергии разряда, но ,и от длительности и величин токов, которыми была получена эта энергия, чего счетчики не воспринимают.

Известен способ определения энергетического состояния аккумулятора, основанный на измерении тока И напряжения при периодическом коротком замыкании аккумулятора (1).

Основным недостатком этого способа является то, что он основывается на обработке результатов режима короткого замыкания, которые, в пркнцше, я-вляются ;малосоде|ржаельной информацией, поскольку .находятся в сложной зависимости от совокулности факторов. Следовательно, информация о состоянии аккумулятора, полученная уписанным способо.м, также не учитывает временного распределения разрядного тока аккумулятора ,в данном цикле его работы до момента измерения. Другим .недостатком этого способа является обязательный перевод аккумулятора в

режим короткого замыкания, что требует достаточно 1МОЩН01ГО короткозамыкателя, так как при измерениях он должен пропускать ток коpOTiKoro замьгкания аккумуляторного элемента ил.и батареи. Кроме того, во время измерений, т. е. при работе короткозамыкателя, обязательно нарушается режим работы электричеокой нагрузки, питающейся от аккумулятора.

С другой стороны, информация о состояНИИ аккумулятора получается не непрерывно, что не всегда желательно, причем при получении информации о состоянии аккумулятора с большой частотой, достаточно уменьшаются полезная емкость и энергия аккумулятора.

Известен также способ определения энергетического ресурса аккумулятора путем измерения его разрядного тока и напряжения (2). Однако этот спосаб не обеспечивает необходимой точности.

Для повышения точности определения энергетического ресурса аккумулятора по предлагаемому способу производят неирерьгвное измерение разрядного тока и напряжения аккумулятора в режиме его работы с внешней нагрузкой и искомую величину определяют по формуле: э-.-{э„/ „где Э„ом - энергия а1ккумулятора л.ри разряде номинальным ТОЕОМ /„ом ; и, i - соответственно текущие значения напряжения и тока аккумгулятора; t - (Время работы аккумулятора на момент измерения; b - постоянная для данного типа aiKкумулятора, определяемая зксгсеримвнтально измерения разрядной энергии 3i полностью заряжбнното аккумулятора яри разряде его ПОСТОЯН1НЫ1М током /i по 1пЭ, - пЭ„ом о На чертеже представлена блок-схема устройства для асуще(ст1влвния опасоба. Исследования пока ЗЫ1вают, что зави1сиMOicTb разрядной энергии аккумулятора от разрядного тока до до(пусти1мого экоплуатациoHiHoro уравня его разрядного напряжения можно П|регд1ста;вить в следующем вкде: где Э - разрядная эеергия при (произвольном, но постоянном таке г; 5,ЮМ - разрядная энергия при Нами,наль«ом токе разряда /„ом; - яостоянная для данй-аго амкумулятора, определяемая экапериментально путем иэме|рения раз1рядной энергии полностью заряжен ного аккумулятора при разряде его постоянным током /1 1по формуле b 1пЭ| - 1пЭном In/ном-In/1 Для определения раарядной энергии ак1кумулятора прИ произвольном разрядном токе t, зависящем от времени t, эвгедем понятие неИОпользо1вав1шеЙ1ся энергии, которая будет зависеть и от величины разря1дн1ого тока, и от его произ1в:одной по времени -- . Введением ЭТОГО понятия и учитьшается влиязвие временного распределения разрядного тока на оостоя/ние ажкумуляпгора. Введением атого понятия можно составить уравнение энергетического состояния амкумулятора в режиме разряда:d3 de - и- idt(2) где и - напряжение аккумулятора при юке i, т е. изменение в Э1нер.гетичеоком состоянии а1кку1мулятора равняется ал1гебраической сумме полезноотданной энергии Ui dt во внешнюю цепь и ненапользовавшейся энергии de. Последняя оиределяежя из формулы (I): Э rfe {О Ф(0,(3) где ф (i) (. с учетам выражений (2) и (3) получаем дифференциальное уравнение разрядного режима аккумулятора: решение которого имеет следующий вид: . Э i-ЧЭ /и иом ном Ордината любой точки траектории Э (i), описывающейся уравнением (5), равняется той разрядной энергии, которой мог бы располагать подвергшийся влиянию разрядного тока i (t) аккумулятор, если бы ток в дальнейшем поддерживался постоянным и равным току i в данный времени t. Таким образом, для определения энергетического ресурса аккумулятора, как видно из уравнения (5), необходимо произвести непрерывное измерение разрядного тока и напряжения в режиме работы аккумулятора на внешнюю нагрузку, и результаты этих измерений ввести в уравнение (5). Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема рещения уравнения (5). Аккумулятор 1 работает .в режиме разряда на нагрузку 2. Согласно уравнению (5) выход нелинейного блока 3 подсоединяют к блоку умножения 4, на другой вход которого подают сигнал 5. Выход блока умножения 4 подсоединяют к интегратору 6, с выхода которого сигнал подают на вход сумматора 7. Выход другого нелинейного блока 8 подсоединяют к блоку умножения 9, на второй вход которого подают сигнал из выхода сум;матора 7. Выходной сигнал 10 блока умножения 9, характеризующий энергетический ресурс аккумулятора, (подают на регистрирующий орган 11. Не нарушая режима работы нагрузки 2, непрерывно измеряют величину разрядного тока и напряжения аккумулятора 1 при этом токе. Для рещения полученного уравнения (5) сигнал 12, имитирующий ток разряда аккумулятора, одновременно подают на вход блоков 3 и 8. Полученный сигнал -на выходе нелинейного блока 3 в блоке 4 умножается с сигналом 5, имитирующим напряжение аккумулятора при токе t. Выходной сигнал блока 4 интегрируется блоком б, и полученный сигнал сумматором 7 суммируется с сигналом. 13, величина которого равна Э„ом

с отрицаггельным знаком (эта величина

J

ном постоянная для (Да1нного аикумуляггара)Од|нов,р1амен1но гв другом нелинейном бло;ке 8 сигнал 12 возводится в степень (-Ь) и

f

L« ) ™величины и ( dt - 3t

ремложаются в блоке умножения 9.

Величина ;выхо дного сипнала 10 блока 9 показывает ту энергию (ресурс энер1гии), которую еще можно получить от аккумулятора при дальнейшем его разря,де током i.

Реализация предлагаемого .шособа не представляет особого труда и не требует больших зат|рат времени, таж как до(пу€кает иопользо:ва,ние (станда.ртиых блоков.

Формула изобретения

Способ определения энер.гети.че1акого ресурса аккумулятора лутем намерения его разРЯ1ДНО.ГО то1ка и «ааряжения, отличающийся тем, что, с целью /повышения точности, производят непрерывное измерение разрядного тока и напряжения аккумулятора в режвме его работы € вне1шней (нагрузкой и искомую ве.лнчину определяют по формуле:

-

(Э„о„/ „„-| // + Л),

I,

е Энои - анергия ак1ку1мулятора цри разряде номинальным током- /ног/; и, i - соответственно текущие значения (Напряжения и тока aiMKiyMyлятора;t - время .работы аккумулятора на

/момент измерения; b -i постоянная для да1нного ти1па ак кумулято.ра, определяемая эисгаеримевтально путем измере(ния разрадной энергии 3i полностью заряженного а;ккумуля,тора (При Разраде ©го яостоя1нньпм током /1 по формуле

InS,-1пЭ„ом

b

1п1ном- inir

Источ1НИ1ки информации, принятые во внимание при зкапертизе:

1. Патент Франции № 2115877, :кл Н 02i 7/00, 1972.

2. Дж. Вайнел. «Аккумуляторные батареи, Госэ(нергоиздат, изд. 4-е, I960, стр 361-363.