Способ контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 3(50 Н 01 М 10/48 РПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВ ОРС ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Ворошиловградский филиал Института Гипроуглеавтоматизация(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ АККУ. МУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ В РЕЖИМЕ ИМПУЛЬСНОГО РАЗРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1. Способ контроля состоянияаккумуляторной батареи в режиме имУльсного разряда путем измерения текущих значений напряжения батареи и разрядного тока и сравнения напряжения батареи с минимально допустимым при этом токе разряда напряжением, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности контроля, по величинам напряжения, разрядного тока и дополнительно измеренной ЭДС батареи определяют внутреннее сопротивление батареи, а по разности между ЭДС и падением напряже-. ния при номинальном разрядном токе на внутреннем сопротивлении батареи определяют приведенное к номинальному режиму разряда напряжение батареи, которое сравнивают с минимально допустимым при номинальйом токе разряда Е напряжением, и по величинам расс гласования сравниваемых напряжений, судят о зарядном состоянии аккумуля" торной батареи.1061198 10 го 2. Устройство для контроля состоя-, ния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда, содержащее пос-. ледовательно включенные в цепь батафф реи датчик тока, прерыватель и нагь р. зку, измеритель нагряжения и элемент сравнения, первый вход которого подключен к задатчику минимального напряжения, а выход через триггер к блоку индикации, о т л и ч а ю ы щ е е с я тем, чтос целью повышения точности контроля, оно снабжено вторым измерителем напряжения, элементом НЕ, двумя блоками вычитания, делителем напряжения, задатчиком номинального тока и блоком умножения, причем выход первого измерителя напряжения соединен с первым входом первого блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу блока умножения, а выход - ко второму вхо 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при испытаниях и эксплуатации химических источников тока, применяемых например, для рудничных аккумулятор. ных электровозов .Известен способ контроля зарядного аккумулятора путем измерения параметров его работы при подключении аккумулятора на контролвное сопротивление 1 . Степень заряженности аккумулятора согласно способу определяюг путем вычитания из Напряжения, равного разности ЭДС батареи и опорного напряжения, величины, пропор- циональной падению напряжения на .аккумуЛяторе. Недостатком известного способа является ограниченность его функциональных возможностей, так как он применим только для испытаний аккумулятора в лабораторных условиях, а не для текущего. контроля состояния аккумулятора, нагруженного на реальную нагрузку. При использовании вместо контрольного сопротивления реальной нагрузки, которая может существенно изменяться, определение состояния аккумулятора производится с существенными погрешностями. Применение известного способа, основанного на подключении контрольного сопротивления, в периоды отключения нагрузки приводит к нарушению режима работы осноэной нагрузки, например, к нарушению режима коммутации, и к ду элемента сравнения, управляющий вход второго измерителя напряжения соединен с выходом прерывателя и через элемент НЕ " с управляющим входом первого измерителя напряжения, а выход соединен .с первым входом второго блока вычитания, второй вход которого. соединен с выходом первого измерителя напряжения, выходы второго блока вычитания и датчика тока подключены соответственно на первый и второй входы делителя, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого подключен к эадатчику номинального тока, причем вход второго измерителя напряжения объединен с входом первого, а второй вход блока индикации подключен к выходу первого блока вычитания. 2нерациональному использованию энер-. гии аккумулятора из-за потерь на контрольном сопротивлении.Известен также способ контроля степени заряженности аккумуляторной батареи, состоящей из двух последовательных секций, по величине их внутреннего сопротивления путем измерения напряжений,и токов при поочередном подключении к нагрузке каждой секции батареи и вычислениявнутреннего сопротивления всей батареипо отношению среднедействующегойапряжения н суммы токов от каждойсекции 2 3 ,Недостатками известного способа контроля являются наличие погрешностей в измерениях из-за неидентичности хафрактеристик секций батареи, абсолютное равенство ЭДС которых маловероятно, а также невозможность его применения при работе с одной несек.ционированной батареей. Наиболее близким по технической.25 сущности к предлагаемому являетсяспособ контроля состояния аккумуляторной батареи, основанный на сравнении напряжения нагруженной аккумуляторной батареи с эталонньм напряжением,.равным разности. между.за- ЗО даннрй минимальной ЭДС заряженнойбатареи и напряжением, пропорциональным току нагрузки. Снижение напряжения аккумуляторной батареи нижеэталонного регистрируется индикато 35 ром, который сигнализирует о том, чтобатарея неспособна отдать требуемуюмощность 33.1061198 Недостаток известного способа- низкая точность контроля, так как не учитывается вариация некоторых параметров батареи в процессе ее эксплуатации и не дается количественная оценка зарядного состояния батареи,Известно также устройство для осуществления данного способа, содержащее последовательно включенные в цепи. батареи датчик тока, прерыватель и нагрузку, измеритель напряжения и элемент сравнения, вход которого подключен к эадатчику минимального напряжения, а выход через триг" гер к блоку индикации Г 33Однако это устройство не обеспечи вает необходимой точности контроля,Целью изобретения является повыщение точности контроля зарядного состояния аккумуляторной батареи.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда на основе измерения текущих значений нап" ряжения и разрядного тоФа и сравне ния напряжения батареи с минимально допустимым при этом токе разряда напряжением по величинам напряжения, разрядного тока и дополнительно измеряемой ЭДС определяют внутреннее сопротивление батареи, а по разности между ЭДС и падением напряжения при номинальном разрядном токе на внутреннем сопротивлении батареи определяют приведенное к номинальному режиму разряда напряжение батареи, которое сравнивают с минимально допустимым при номинальном токе разряда напряжением,и по величинам рассогласования сравниваемых напряжений судят о зарядном состоянии аккумуляторной 40 батареи. Предлагаемый способ контроля состояния аккумуляторной батареи предполагает определение и сравнение текущего напряжения батареи с опорным напряжением, равным некоторому предельно допустимому значению. Как правило, разрядные характеристики и параметры аккумуляторов регламентируются номинальтым режимом разряда и задаются соответствующими техническими условиями в виде номинальной разрядной емкости, начального, среднего и конечного напряжения при йоминальном токе разряда и других, Однако напряжение батареи находится в функциональной зависимости как от величины текущего разрядного тока, так и от величины емкости, отданной на момент измерения во внешнюю нагрузку, Для получения однозначно определенной оценки текущего состояния аккумуляторной батареи предлагается в каждый момент времени контролировать приведенное к.номинальному режиму разряда напряжение батареи,. т.е. определять напряжение, которое имеет батарея при условном разряде ее .в данный момент номинальным то-. ком, и производить оценку по величине его текущего значения и по результатусравнения этой величины с величиной минимально допустимого для номинального режима разряда напряжением. Устройство для контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного Разряда, содержащее после довательно включенные в цепь батареидатчик тока, прерыватель и нагрузку измеритель напряжения и элемент сравнения, первый вход которого,подключен к задатчику минимального напряжения, а выход через триггер к блоку индикации, снабжено вторым измерителем напряжения, элементом НЕ, двумя блоками вычитания, делителемнапряжения задатчиком номинального токаи блоком умножения, причем вы ход первого измерителя напряжения соединен с первым входом первого блока вычитания, второй вход которого аюдключен к выходу блока умножения, а выход - ко второму входу элемента 60 сравнения, управляющий вход второго; измерителя напряжения соединен с выходом прерывателя и через элемент НЕ - с управляющим входом первого измерителя напряжения, а выход соединен с первым входом второгоблока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя напряжения, выходы второгоблока вычитания и датчика тока подключены соответственно на первый ивторой входы делителя, выход которогосоединенс первым входом блока умножения, второй вход которого подключен к задатчику номинального тока,причем вход второго измерителя напряжения объединен с входом первого,а второй вход блока индикации подлючен к выходу. первого блока вычитания. На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего способ контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда.Устройство содержит аккумуляторную батарею 1, датчик 2 тока, прерыватель 3, нагрузку 4,. первый измеритель 5 напряжения, первый блок б вычитания, блок 7 умножения, элемент 8 сравнения, задатчик 9 минимального напряжения, триггер 10 и блок 11 индикации. Ове снабжено вторым измерителем 12 напряжения, элементом 13 НЕ, вторым блоком 14 вычитания, блоком 15 деления и задатчиком 16 номинального тока.1061198 35 ОНфЕ-гЭ ЕЕИапряжение, ток разряда и ЭДСбатареи в каждый момент временисвязаны вь)ражением5Е(6)=(/(О,Э)+г(623,где Е(Ф) - ЭДС батареи;(2(ЙР) - напряжение батареи;Э - величиНа тока разрядамиг(62 - внутреннее сопротивлениебатареи 1 10В - снятая на момент измеренияемкость батареи, илй длярежима разряда номинальнымтокомЕа):иН В)+ г(ьЭН,15где О (Я - напряжение батареи при.номинальном режиме раэ, .1ряда 1Э - номинальный ток разряда.20НИсходя из условия зквивалевтногсзарядного состояния аккумуляторнойбатареи, для которого величинавнутреннего сопротивления батареипри фиксированной величине 8 снятойемкссти считается неизменной, можнозаписатьг. Е=О+г,7=ин+гЭ,откуда величина напряжения батареи в предполагаемом номинальном режиме разряда равна: При введЕнйи условия. ограниченияразряда получаем40 где Ц ; - минимально допустимое(конечное) напряженкебатареи при номинальномтоке разряда.Способ контроля состояния аккумуляторной батареи в импульсном режиме разряда реализуется с помощью устройства следующим образом..Аккумуляторная батарея 1 через датчик тока 2 и прерыватель 3(напри" мер тиристорный преобразователь)фразряжается ва нагрузку 4,В периоды времени,когда прерыватель 3 разомкнут, первый измеритель 5 напряжения фийсирует величину ЭДС батареи, а в периоды времени, когда прерыватель 3 замкнут и батарея подключена к нагрузке, вторым измерителем 12 напряже ния фиксируется величина напряжения нагруженной батареи (в качестве изме- н.- рителей напряжения могут быть использованы,например,емкостные накопители). Управление измерителями напряжения (забряд емкостей может произ водиться черезуправляемые ключи, например интегральные прерыватели) осуществляется выходным сигналом с прерывателя 3, причем на первый измеритель (измерительзДС) сигнал воздействует через элемент 13 НЕ, а На второйизмерительнапжения батареи) - непосредственно.Сигналы, пропорциональные ЭДС инапряжению батареи, поступают в блок14 вычитания, где определяется прикаждом цикле коммутации батареи текующее падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи. Величинападения напряжения в блоке 15 делится на величину разрядного тока, измеренного датчиком 2 тока, Полученнаятаким образом величина текущего внутренного сопротивления батареи умножа.ется в блоке 7 на сигнал,пропорциональный" величине номинального разрядного тока, поступающего с задатчика 16В блоке 6 вычитания из сигнала,. пропорционального ЭДС батареи, вычитается сигнал, пропорциональный падениюнапряжения на внутреннем сопротивлении батареи при номинальном токе разряда. Полученный после вычитания сигнал соответствует текущему значениюнапряжения батареи в предлагаемомноминальном режиме разряда и поступает в качестве контролируемой (ре"гистрирующимприбором) величины вблок индикации 11, а также в качестве входного ,сигнала - на элемент 8сравнения,в котором сигнал, пропорциональный приведенному к номинальному, режиму разряда напряжению батареи, сравнивают с минимально допустимым (конечным) напряжением, поступающим с задатчика 9. Величина конечного напряжения рекомендуется техническими условиями на аккумуляторнуюбатарею и, например, для кадмийникелевых и железа-никелевых аккумуляторов она равна ЭВ. При сниженииконтролируемого напряжения батареиниже заданного уровня сигнал рассог"ласования напряжений через триггер10 управляет световьм или звуковымсигнализатором блока индикации 11,который свидетельствует о предельномраэряднбм состоянии аккумуляторной. батареи,Контролирунгий прибор блока индикации может быть проградуированв абсолютных величинах напряжения,. либо, при соответствующем пересчете,в абсолютных величинах разрядной илирезервной емкости батареи, либо вотносительных величинах (степени заряженности) указанных величин,Таким образом, информация, получа.емая при осуществлении предлагаемогоЗаказ 10051/54 Тираж 703 ПодписноеВНИИПИГосударственного: комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП фПатент, г,Ужгород, ул,Проектная,4 способ (сигнализация конца разряда и индикация текущего состояния за,ряженности), точнее и подробнее характеризует Фактическое состояние аккумуляторной батареи, чем это предусматривается известным способом контроля. Улучшение качества контроля состояния аккумуляторной батареи пРиводит к увеличению срока службы роставлякцих ее аккумуляторов. Кроме того, положительный эФФект от приме кения предлагаемого изобретения вы,Ражается в том,что результаты текушейоценки состояния батареи могут бытьиспользованы для планирования разрядной емкости и управления режимомразряда с целью оптимального использования ресурса емкости аккумуляторной батареи, а так:е для исследований характеристик аккумуляторной батареи в режимах импульсного разряда.