Установка для электрических испытаний аккумуляторных батарей Советский патент 1980 года по МПК H01M10/48 

1

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к устройствам для электрических испытаний химических батарейаккумуляторов и g может быть использовано в тех случаях, когда необходимо определение их электрических характеристик.

Использованию аккумуляторных батарей (АН) в качестве источника элек- |Q тропитания различных изделий предшествуют, как правило, испытания АБ по всей области возможных условий и ре- , жимов работы.

Цель этих испытаний, в основном, 15 сводится к более полному опреде.ггению эксплуатационных характеристик АБ, таких, как, например, отдача -по емкости, энергетический КПД диапазон-рабочих напряжений, ресурс и 20 др. и подтверждению возможности ее применения в заданных условиях и режимах работы.

Наиболее характерным режимом работы АВ при ее использовании в сое- 25 таве различных автономных систем электропитания является буферный режим, характеризующийся многократными зарядно-разрядными циклами, которые, в подавляющем большинстве слу- 0

чаев, проводятся на различных уровнях заряженности батареи. При этом во многих систе.мах электропитания циклирование АБ производится дозированным по величине и изменяюо мся в процессе Эксплуатации количеством электроэнергаи, сообщаемой на заряде снимаемый на разряде, и без стабилизации зарядных и разрядных . Такой режим характерен для системс АБ, которые используют в качестве первичного источника электроэнергии периодически работаюг ий генератор ограниченной мощности (например, генератор на основе периодически освеш аемлх полупро1водниковых фотопреобразователей) И снабжают потребителей с неизменной величиной потребляемой мощности (например, электронная аппаратура с высокоэффективными ключевыми стабилизаторами напряжения на входе).

Достоверность результатов испытаний в значительной мере определяется степенью приближения условий и режимов проводимых испытаний к оеальным условиям и режимам эксплуатации АБ, поэтому одной из основных задач является разработка такого устройства для испытаний АБ, которое наиболее полно имитировало бы ее реальные условия и режимы эксплуатации и бьлло Сил достаточно простым в изготовлении и эксплуатации. Известны стенды для электрических испытаний АБ,содержащие зарядное уст ройство, эквивалент нагрузок, блоки управления и регулирования, устройство контроля и регистрации, програм мно-временное устройство и пульт оп ратора, объединенные кабельной сетью в общую схему,, обеспечивающую их сов местную работу в требуемых режимах Циклирование АБ в заданных режимах на известных стендах обеспечивается либо по управляющим датчикам конечного зарядного и разрядного на пряжений, настроенных на определенHtje уровни срабатывания 2, либо п реверсивному счетчику ампер-часов, включенному в контур управления заридно-разрядными режимами и измеряю щему количество электричества, сообщаемое АБ на заряде и снимаемое с нее на разряде 3, либо по определенной временной программе, задаваемой программно-временным устройством, которое через наперед заданные интервалы времени осуществляет необходимые изменения режима циклирования 4,либо по определенной комбинации перечисленных выше управляющих функциональных узлов. Измерение электрических характеристик АБ в известных стендах осуществляется соответствующими устрой ствами контроля и регистрации, причем, определение количества электро энергии, сообщаемой АБ на заряде или снимаемой на разряде, производи ся или по методу вольтметр-ампермет время, или по показаниям счетчика ампер-часов и вольтметра. Недостатки известных стендов для электрических испытаний АБ заключаются в том, что, во-первых, они не позволяют организовать автоматическое диклирование батарей на различных уровнях заряженности по наперед заданному количеству электроэнергии сообщаемому на заряде и снимаемому на разряде (с целью приближения испытаний,к реальным условиям приме нения АБ), так как не содержат необ кодиг/ых изме ителей в контуре автоматического управления зарядно-разр ными циклами; во-вторых, определени электрйчёских характеристик, таких как энергетический КПД, трудоемко и нцзкой точности, ввиду необходимо ти достаточно частых синхронных измерений нескольких параметров и пос ледующей обработки полученной инфор мации (обычно графо-аналитическим методом). Из известных устройств наиболее б пизким к предлагаемому по технической сущности является стенд для оценки эксплуатационных характеристик аккумуляторной батареи 5. Стенд содержит зарядное устройство Симмитатор солнечной батареи фотопреобразователей) и эквивалент нагрузок, обеспечивающие встроенныг-ли широкодиапазонными регуляторами стабилизацию токов заряда и разряда АБ на дискретных ,уровнях, задаваеNt3x программным устройством, автомат регулирования и защиты, переключаюЩ;ЧЙ АБ с заряда на разряд и обратно И реализующий ее защиту по сигналам ограничителей заряда и разряда, пульт оператора для заданий режимов иклирования и управления процессом испытаний АБ и устройство контроля и егистрации, измеряющее и регистриующее значения зарядных и разрядных оков и напряжений при циклировании Б, а также температуру, давление и напряжение отдельных аккумуляторов батареи. Основным недостатком этого стенда является невозможность циклирования АБ по наперед заданному количеству электроэнергии для достоверного определения ее характеристик при использовании в таких характерных режимах, . как, например, повторяющиеся на различных уровнях заряженности заряды от источника ограниченной производительности и разряды на нагрузку с постоянной величиной потребляемой мощности. Это объясняется тем, что, во-первых не учитывается имеющая место существенная зависимость токов заряда и разряда АБ от величины напряжения на ней, в связи с чем переключение с заряда на разряд и обратно происходит в моменты времени, отличные от тех, когда АБ будет сообщено или снято наперед заданное количество электроэнергии, а во-вторых, стабилизация токовых режимов, применяемая в этом стенде, неизбежно приводит к недостоверному определению характеристик АБ при ее использовании без стабилизации токов. Кроме того, к недостаткам этого стенда относится низкая точность и невозможность автоматизации процесса определения энергетических характеристик испытуемой АБ. Целью предлагаемо.го изобретения является обеспечение автоматизации процесса электрических испытаний аккумуляторных батарей на различных режимах и уровнях заряженности с -управлением по количеству электроэнергии, сообщаемой АБ на заряде и снимаемой с нее на разряде, и обеспечение получения более полной и достоверной информации о ее эксплуатационных характеристиках более простыми средствами. Цель достигается тем, что в состав стенда, содержащего зарядное устройство, эквивалент нагрузок. автомат регулирования и защиты, уст ройство контроля и регистрадии и пул оператора, введены два счетчика электроэнергии с соответствую тщми им датчиками тока и напряжения, при чем один из датчиков тока включен в зарядную цепь используемой ДБ,. второй - в ее разрядную цепь, а дат чини напряжения подключены к АБ. Сое динением управляющих вьлходов и обнуляющих входов каждого из счетчиков электроэнергии с соответствующими входами и выходами автомата регулиро вания и защиты, и подключением установочных входов счетчиков к пульту оператора достигается работа счетчик в управляющем контуре стенда, т.е. обеспечивается автоматическое- (по сигналам счетчиков) циклирование испытуемой АБ на различную глубину и н различных уровнях заряженности, в том числе и в таком характерном режи ме, как заряд или разряд повторяющим ся (чередующимися) дозированными (по количеству электроэнергии)Зарядноразрядными или разрядно-зарядными циклами с различным соотношением сообщаемого на заряде UW,)- и снимаемого на разряде (.Wp) количества электроэнергии, удовлетворяющих одному из следующих условий:. .«/р- для заряда АБ характерным режимом; u4 /p7uN}yj- ДЛЯ разряда АБ. характерным режимом. Соединением счетных выходов кажд го из счегчиков электроэнергии с устройством контроля и регистрации достигается работа счетчиков в-информационном контуре стенда, т.е. обеспечивается повышение точности и автоматизации процесса измерения энергетических характеристик испытуемой АБ. На чертеже приведена структурная схема стенда для электрических испы таний акку «1уляторных батарей. Предлагае1 «й стенд состоит из зарядного устройства и эквивалента 2 нагрузок, .соединенных между собой с испытуемой батареей 3 через автом 4 регулирования и , датчика 5 тока в цепи заряда и датчика 6 тока в цепи разряда батареи 3, двух датчи ков .7 и 8 напряжения, измерительные входы.которых соединены с испытуемой батареей 3, двух счетчиков 9 и 10 . электроэнергии, счетные входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков 5,6 тока и датчиков 7 и 8 напряжения, обнуляющие входы и управляющие выходы подключены к соответствующим выходам и входам автомата 4 регулирования и защиты, а установочные входы - к пульту 11 оператора, который, в свою очередь, соединен с соответствующими входами зарядного устройства 1, эквивалента 2 нагрузок и автомата 4 регулировани и зацдаты, а также устройства 12 контроля и регистрации, соединенного с соответствующими информационными выходами зарядного устройства 1, эквивалента 2 нагрузок, счетчиков 9,10 электроэнергии и пульта 11 оператора. Работа предлагаемого стенда для электрических испытаний аккумуляторных батарей осуществляется следующим образом.. Пусть, например, необходимо провести автоматическое циклирование АБ на различных уровнях заряженности следующим режимом (по следующей программе): заряд до определенного уровня (например до срабатывания ограничителя полного заряда) повторяющимися частичными зарядно-разрядными циклами, дозированными по количеству электроэнергии, сообщаемой на заряде дчу , и снимаемой на разряде &XWp, и удовлетворяющими .-условию ., и последую111ий разряд до определенного уровня (например до срабатывания ограничителя полного разряда). При этом необходимо определить энергетические характеристики испытуемой АБ. Перед началом циклирования АБ с пульта оператора 11 производится задание для счетчиков 9 и 10 (путем подачи сигналов на их установочные входы) требуемых уровней их срабатывания (AW для., считчика 9 и uWp для счетчика 10), подготовка зарядного устройства 1 и эквивалента 2 нагрузок для реализации им заданных режимов заряда и разряда,.а также других устройств стенда к предстоящим испытаниям. Испытания АБ начинаются с момента подачи с пульта 11 оператора на автомат 4 регулирования и защиты команды для подключения зарядного устройства 1 k испытуемой АБ 3 (замыкание зарядной-цепи). С.этого момента начинается заряд АБ 3, в ходе которого датчик 5 тока и датчик 7 напряжения измеряют ток заряда и наппяжениё АБ, а счетчик 9 электроэнергии по сигналам этих датчиков, определяет количество электроэнергии, поступающей на АБ 3. В момент времени, когда показания счетчика 9 станут равными AWj он выдает управляющий -.сигнал на автСмат 4 регулирования и защиты, который осуществляет прекращение заряда АБ 3 (например, отключением цепи заряда, выдачу сигнала на обнуляющий вход- счетчика 10 (подготовка счетчика к.предстоящему частичному разряду, подключение цепи разряда АБ 3 на эквивалент 2 нагрузок. С этого момента времени происходит разряд АБ 3, в ходе которого датчики 6 тока и датчик 8 напряжения измеряют ток разряда и напряжение АБ 3, а счетчик 10 электроэнергии по cnfалам этих датчиков определяет коичество электроэнергии, снимаемой с батареи. В момент времени, когда показания счетчика 10 станут равными , он выдает управляющий сигнал на автомат 4 регулирования и защи;ты, который по этому сигналу произвоит, прекращение разряда АБ 3 (например, отключением цепи разряда); выдачу сигнала на обнулжощий вход счетчика 9(подготовка счетчика к предстоящему частичному заряду, т.е. сброс показаний счетчика, .полученных на предыду1пем заряде), подключение цепи заряда АБ 3 к зарядному устройству

1.

ПоскЬльку это состояние стенда соответствует начальному моменту испытаний, то описанные выше частичные зарядно-оазрядные циклы с заданным соотношением количества электроэнергии, сообщаемой на заряде и снимаемой на разряде, повторяются до момента срабатывания ограничителя полного заряда, сигнал которого поступает на автомат 4 регулирования и защиты для включения на разряд АБ 3, разряда до.срабатывания ограничителя полного разряда и последующего окончания испытаний АБ заданным характерным режимом. В ходе циклирования АБ информация о количестве электроэнергии, сообщенной батарее при. ее зарядах и снятой при ее разрядах, определяемая соответственно счетчиками 9 и 10, поступает со счетных выходов этих счетчиков на. устройство.. 12 контроля и регистрации, что позволяет определить без каких-либо дополнительных измерений энергетические характеристики испытуемой АБ,: Например, для определения энергетического КПД АБ достаточно вычислить . отношение показаний- счетчиков 10 и 9, которые зафиксированы в устройстве 12 контроля и регистрации.

Использование предлагаемого стенда д;т;я электрических испытаний аккум:/ляторных батарей обеспечивает в сравнении с известными стендами сле;1ую1цие преимущества: более достоверно ;

определение эксплуатационных характеристик, АБ с меньшими затратами

(за счет более точного приближения режимов испытаний АБ к реальным режимам ее:работы более простыми средствами); реализуется автоматизация, как процесса испытаний ,так и измерений эксплуатационных характеристик аккумуляторных батарей при их. многократном циклировании на различных уровнях заряжьнности с управлением по количеству электроэнергии, сообщаемой на зарядах и снимаемой на разрядна испытуемой АБ;S иcключaeтdя необходимость в широкодиапазонных стабилизаторах тока и гибких программно-временных устройствах; значительно упрощается перестройка

режимов испытаний АБ, так как изменение уровня и глубины циклирования в щэедлагаемом стенде осуществляется подачей сигнала на установочные входы счетчика электроэнергии, в то время как в известном это требует перестройки програмг/iHoro устройства, которая сопряжена с выполнением большого количества операций и требует высокой квалификации обслуживающего персонала.

Электрические испытания батарей 22 ИКГК-ЗЗСА, проведенные на.опытном образце предлагаемого стенда, подтвердили высокую автоматизацию процесса испытаний и достоверность результатов определения энергетических: характеристик испытуемой батареи, простоту перестройки режимов испытаний, сравнительно меньшие затраты на изготовление и эксплуатацию стенда.

Форм)ла изобретения

Установка для электрических испытаний aккy лyлятopныx батарей, содержащая зарядное устройство и эквивалент нагрузок,соединенные между собой и через автомат регулирования и запщты с клeм v;aгли д.пя подключения иcпытye жлx батарей, устройство контроляи регистрации и пульт оператора подключенные к зарядному устройству и эквиваленту нагрузок, отличающаяся тем, что, с целью

обеспечения получения более полной идостоверной информации о характеристиках испытуегллх батарей и упроше-ния процесса испытаний, в него введено два счетчика электроэнергии, управляющие выходы и обнуляющие вход каждого из которых соединены с соответствующими входами и выходами автомата регулирования и защиты, установочные входы подключены к пульту оператора, а счетные выходы - к устройсву контроля и регистрации, два датчика тока и два датчика напряжения, выходы которых подключены к соответствующдм счетным входам упомянутых счетчиков, причем, измерительные входы одного из датчиков тока включены в зарядную цепь испытуемой батарей, другого - в ее разрядную цепь,/ а измерительные входы каждого из датчиков напряжения соединены с испытуемой батареей.

Источники информации, принятые во внимание- при экспертизе

1, Сборник работ по химическим источникам тока, вып.З, 1968, Энергия, с.320-344.

2„ Авторское свидетельство СССР № 520667, Н 02J 7/12, 1975

З, Патент США № 3421067, кл., 19 69-.

4. Патент ОНА К 3947743, кл.320-2, 1976. г.

$. Breeskin S.O. Power System Inaluator operational characteris- Acs Energy .7Ю. : tersoc.Energy

Convers Eng.Conf .Proc.Las ,egas. Nev.1970, vof4 Hisdale, iEiB-, 1922, 5 40-5/45, англ, (прототип).