Установка для электрических испытаний аккумуляторных батарей

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Н 01 М 10/48 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(5 4) УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙИзобретение относится к электротехнике, а более конкретно к устройствам для электрических испытанийхимических батарей-аккумуляторов иможет быть использовано в тех случаях, когда необходимо определениеих электрических характеристик,Использованию аккумуляторных батарей (АБ) в качестве источника электропитания различных изделий предшествуют, как правило, испытания АБ повсей области. возможных условий и ре- .жимов работы,11 ель этих испытаний, в основном, 15сводится к более полному определениюэксплуатационных характеристик АБ,таких как, например, отдача по ем-кости, энергетический КПД диапазон рабочих напряжений, ресурс и 20др, и подтверждению возможностиее применения в заданных условиях ирежимах работы.Наиболее характерным режимом работы АВ при ее использовании в составе различных автономных системэлектропитания является буферныйрежим, характеризующийся многократными зарядно-разрядными циклами, которйе,в подавляющем большинстве слу- ЗО чаев, проводятся на различных уровнях заряженности батареи, При этом во многих системах электропитания циклирование АБ производится дозированным по величине и изменяющимся в процессе эксплуатации количеством электроэнергии, сообщаемой на заряде снимаемый на разряде, и без стабилизации заряднЫх и разрядных токов, Такой режим характерен для систем . с АБ, которые используют в качестве первичного источника электроэнергии периодически работающий генератор ограниченной мощности (например, генератор на основе пеоиодически освешае мях полупроводниковых 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 наиболееполно имитировало бы ее реальные условия и режимы эксплуатации и было бы достаточно простым в изготовлении и эксплуатации,Известны стенды для электрических испытаний АБ,содержащие зарядное устройство, эквивалент нагрузок, блоки управления и регулирования, устройство контроля и регистрации, программно-временное устройство и пульт оператора, объединенные кабельной сетьюв общую схему,. обеспечивающую их совЦиклирование АБ в заданных режимах на известных стендах обеспечивается либо по управляющим датчикамконечного зарядного и разрядного напряжений, настроенных на определенные уровни срабатывания (2, либо пореверсивному счетчику ампер-часон,включенному в контур управления зарядно-разрядными режимами и измеряющему количество электричества, сообщаемое АБ на заряде и снимаемое снее на разряде (3), либо по определенной временной программе, задаваемой программно-временным уст -ройством, которое через напередзаданные интервалы времени осуществляет необходимые изменениярежима циклиоования (41,либо по определенной комбинации перечисленныхвыше управляющих Функциональных уз -лов,Измерение электрических характерчстик АБ в известных стендах осуществляется соответствующими устройствами контроля и регистрации, причем, определение количества электроэнергии, сообщаемой АБ на заряде 20 или снимаемой на разряде, производится или по методу вольтметр-амперметр 40 время, или по показаниям счетчика ампер-часов и вольтметра.Недостатки известных стендов для электрических испытаний АБ заключаются в том, что, во-перных, они не позволяют организовать автоматическое циклирование батарей на различных уровнях заряженности по наперед. заданному количеству электроэнергии, сообщаемому на заряде и снимаемому на разряде (с целью приближения испытаний к реальным условиям применения АБ), так как не содержат необходимых измерителей в контуре анто 50 матического управления заРядно-разрядными циклами; во-вторых, определениеэлектрйческих характеристик, такихкак энергетический КПД, трудоемко н низкой точности, ввиду необходимости достаточно частых синхронных измерений нескольких параметров и последующей обработки полученной Информации (обычно графо-аналитическим методом).Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является стенд для местную работу в требуемых режимах 11,оцен ки э ксплуат ацион ных хара ктери стик аккумуляторной батареи (5),Стенд содержит зарядное устройство(иммитатор солнечной батареи Фотопреобразователей) и эквивалент нагрузок, обеспечивающие встроенными широкодиапазонными регуляторами стабилизацию токов заряда и разрядаАБ на дискретных уровнях, задаваемых программным устройством, автоматрегулирования и защиты, переключающий АБ с заряда на разряд и обратнои реализующий ее защиту по сигналамограничителей заряда и разряда,пульт оператора для заданий режимовциклирования и управления процессомиспытаний АБ и устройство контроля ирегистрации, измеряющее и регистрирующее значения зарядных и разрядныхтоков и напряжений при циклированииАБ, а также температуру, давлениеи напряжение отдельных аккумуляторовбатареи,Основным недостатком этого стендаявляется невозможность циклированияАБ пс наперед заданному количествуэлектроэнергии для достоверного определения ее характеристик при использовании н таких характерных режимах, .как, например, повторяющиеся на различных уровнях заряженности зарядыот источника ограниченной производительности и разряды на нагрузкус постоянной величиной потребляемоймощности, Это объясняется тем, что,во-первых не учитывается имеющаяместо существенная зависимость токовзаряда и разряда АБ от величины напряжения на ней, в связи с чем переключение с заряда на разряд и обратнопроисходит в моменты времени, отличные от тех, когда АБ будет сообщеноили снято наперед заданное количествоэлектроэнергии, а но-вторых, стабилизация токовых режимов, применяемаяв этом стенде, неизбежно приводитк недостоверному определению хаоакт еристик АБ при ее использованиибез стабилизации токов. Кроме того, кнедостаткам этого стенда относитсянизкая точность и невозможность автоматизации процесса определения энергетических характеристик испытуемойАБ,Целью предлагаемого изобретенияявляется обеспечение автоматизации процесса электрических испытанийаккумуляторйых батарей на различныхрежимах и уровнях заряженности с,управлением по количеству электроэнергии, сообщаемой АБ на зарядеи снимаемой с нее на разряде, иобеспечение получения более полнойи достоверной информации о ее эксплуатационных характеристиках болеепростыми средствами,Цель достигается тем, что в состав стенда, содержащего зарядноеустройство, эквивалент нагрузок, 736226автомат регулирования и защиты, устройство контроля и регистрации и пультоператора, введены два счетчикаэлектроэнергии с соответствующимиим датчиками тока и напряжения, причем один из датчиков тока включенв зарядную цепь используемой АБ,5второй - в ее разрядную цепь, а дат-,чики напряжения подключены к АБ, Сое-динением управляющих выходов и обнуляющих входов каждого из счетчиковэлектроэнергии с соответствующимиОвходами и выходами автомата регулирования и защиты, и подключением установочных входов счетчиков к пультуоператора достигается работа. счетчиковв управляющем контуре стенда, т,е, 15обеспечивается автоматическое (посигналам счетчиков) циклирование испытуемой .АБ на различную глубину и наразличных уровнях заряженности, втом числе и в таком характерном режиме, как заряд или разряд повторяющимися (чередующимися) дозированннми (поколичеству электроэнергии) зарядноразрядными или разрядно-заряднымициклами с различным соотношением 24сообщаемого на заряде (дХ), и снимаемого на разряде (аИ ) количестваэлектроэнергии, удовлетворяющиходному из следующих условий:.дЪ ЫЯ- для заряда АБ характерЪ Рным режимом;дц )дц - для разряда АБ.харакР 3терным режимом.Соединением счетных выходов каждого из счетчиков электроэнергии с35устройством контроля и регистрациидостигается работа счетчиков в информационном контуре стенда, т,е,обеспечивается повышение точности иавтоматизации процесса измеренияэ нергетических характеристик испытуемой АБ.На чертеже приведена структурнаясхема стенда для электрических испы-.таний аккумуляторных батарей.Предлагаемый стенд состоит из 45зарядного устройства и эквивалента2 нагрузок, .соединенных между собойс испытуемой батареей 3 через автомат4 регулирования и зашиты, датчика 5тока в цепи заряда и датчика 6 токав цепи разряда батареи 3, двух датчиков .7 и 8 напряжения, измерительныевходы которых соединены с испытуемойбатареей 3, двух счетчиков 9 и 10электроэнергии, счетные входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков 5.,6 тока и датчиков7 и 8 напряжения, обнуляюшие входыи управляющие выходы подключены ксоответствующим выходам и входамавтомата 4 регулирования и защиты, 40а установочные входы - к пульту 11оператора, которнй, в свою очередь,соединен с соответствующими входамизарядного устройства 1, эквивалента2 нагрузок и автомата 4 регулирования 65 и защиты, а также устройства 12 контроля и регистрации, соединенного ссоответствующими информационнымивыходами з ар ядн ого. устройства 1 э квивалента 2 нагрузок, счетчиков 9, 10электроэнергии й пульта 11 оператора.Работа предлагаемого стенда дляэлектрических испытаний аккумуляторных батарей осуществЛяется следующимобразомПусть, например, необходимо провести автоматическое циклированиеАБ на различных уровнях заряженностиследующим режимом (по следующейпрограмме): заряд до определенногоуровня (например до срабатывания ограничителя полного заряда) повторяющимися частичными зарядно-разряднымициклами, дозированными по количествуэлектроэнергии, сообщаемой на зарядеЬъ, и снимаемой на разряде дФр,и удовлетворяющими условию дИ д%р.,и последующий разряд до определенного уровня (например до срабатыванияограничителя полного разряда), Приэтом необходимо определить энергетические характеристики испытуемой АБ.Перед началом циклирования АБ спульта оператора 11 ,производитсязадание для счетчиков 9 и 10 (путемподачи сигналов на их установочныевходы) требуемых уровней их срабатывания (дй для считчика 9 и дИдля счетчйка 10), подготовка зарядного устройства 1 и эквивалента 2нагрузок для реализации им заданныхрежимов заряда и разрядаа такжедругих устройств стенда к предстоящим испытаниям,Испытания АБ начинаются с моментаподачи с пульта 11 оператора на автомат 4 регулирования и зашиты команды для подключения зарядного устройства 1 )с испытуемой АБ 3 (замыкание зарядной-цепи), С.этого моментаначинается заряд АБ 3, в ходе которого датчик 5 тока и датчик 7 напряжения измеряют ток заряда и наггояжение АБ, а счетчик 9 электроэнергиипо сигналам этих датчиков. определяетколичество электроэнергии, поступающей на АБ 3. В момент времени,когда показания счетчика 9 станутравными дЮ он выдает управляющий.сигнал на автОмат 4 регулированияи защиты, который осуществляет прекращение заряда АБ 3 (например, отключением цепи заряда, выдачу сигналана обнуляющий вход счетчика 10 (подготовка счетчика к.предстоящемучастичному разряду, подключениецепи разряда АБ 3 на эквивалент 2нагрузок.С этого момента времени происходитразряд АБ 3, в ходе которого датчики6 тока и датчик 8 напряжения измеряют ток разряда и напряжение АБ 3,а счетчик 10 электроэнергии по спг 736226налам этих датчиков определяет количество электроэнергии, снимаемой с батареи. В момент времени, когда , по к аз ания счетчика 10 ст анут равными ьФр, он выдает управляющий сигнал на автомат 4 регулирования и защиты, который по этому сигналу производит прекращение разряда АБ 3 (например, отключением цепи разряда);выдачу сигнала на обнуляющий вход счетчика 9(подготовка счетчика к предстоящему частичному заряду, т.е, сброс показаний счетчика, полученных на предыдущем заряде), подключение цепи заряда АБ 3 к зарядному устройству 1Поскольку 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 послецующего 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 соогветственно счетчиками 9 и 10, поступает со счетных выходов этих счетчиков на.устройство12 контроля и регистрации, что позволяет определить без каких-либс дополнительных измерений энергетические характеристики испытуемой АБ, Например, для определения энергетического КПД АБ достаточно вычислитьотношение показаний счетчиков 10 и 9,которые зафиксированы в устройстве12 контроля и регистрации.Использование предлагаемого стендадля электрических испытаний аккумуляторных батарей обеспечивает в сравнении с известными стендами следующиепреимущества: более достоверноеопределение эксплуатационных характеристик, АБ с меньшими затратами(за счет более точного приближениярежимов испытаний АБ к реальнымрежимам ее работы более простымисредствами); реализуется автоматизациякак процесса испытаний ,так и измерений эксплуатационных характеристикаккумуляторных батарей при их многократном циклировании на различныхуровнях заряженности с управлениемпо количеству электроэнергии, сообщаемой на зарядах и снимаемой на разрядна испытуемой АБ исключаетбянеобходимость в широкодиапазонныхстабилизаторах тока и гибких программно-временных устройствах; значительно упрощается перестройка режимов испытаний АБ, так как изменение уровня и глубины циклированияв предлагаемом стенде осуществляетсяподачей сигнала на установочные входысчетчика электроэнергии, в то времякак в известном это требует пере стройки программного устройства,которая сопряжена с выполнением большого количества операций и требуетвысокой квалификации обслуживающегоперсонала,Электрические испытания батарей22 НКГК-ЗЗСА, проведенные на опытномобразце предлагаемого стенда, подтвер -дили высокую автоматизацию процессаиспытаний и достоверность результатов определения энергетических характеристик испытуемой батареи, простоту перестройки режимов исгытаний,сравнительно меньшие затраты на из -готовление и эксплуатацию стенда,формула изобретенияУстановка для электрических испытаний аккумуляторных батарей, содержащая зарядное устройство и экви -валент нагрузок, соединенные междусобой и через автомат регулированияи з ащиты с клеммами для подключени яиспытуемых батарей, устройство конт -роля и регистрации и пульт оператора,подключенные к зарядному устройствуи эквиваленту нагрузок, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюобеспечения получения более полнойи достоверной информации о характеристиках испытуемых батарей и угрошения процесса исгытаний, в него введено два счетчика электроэнергии,управляющие выхогЫ и обнуляющие входыкаждого из которых соединены с соответствующими входами и выходами автомата регулирования и защиты, установочные входы подключены к пульту оператора, а счетные выход - к устройст.45. ву контроля и регистрации, два датчика тока и два датчика напряжения,выходы которых подключены к соответствующим счетным входам упомянутыхсчетчиков, причем, измерительныевхоГГ одного из датчиков тока включены в зарядную цепь исгытуемой батареи, другого - в ее разрядную цепь,Уа измерительные входы каждого издатчиков напряжения соединены с исгытуемой батареей,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Сборник работ по химическимисточникам тока, вып,З, 1968,Энергия, с,320-344,60 2, Авторское свидетельство СССРР 520667, Н 02 3 7/12, 1975.3, Патент СИА В 3421067, кл,320 -73622 б 10 Составитель И, Найдинаактор М,Ликович Техред И.Асталош Корректор Г,Назарова акаэ 2279/8 Тираж 84411 НИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и открит113035, Москва, 3-35, Раушскаял. ПП ффПатентфф, г.уагород, ул.Лроектна Фил 5, ВгееяК 1 п 8,0. Роюег ЯувФев па 1 ца 1 ог орегаг.1 опа 1 сЬагас 1 ег 1 я.1 ся "Епещу.7 О.:Ь 1 егяос,Епегду Сопчегв Епд, Сопй, Ргос, Ьая. чецая,Меч, 1970, чо 1 " Н 1 яйа 1 е, 11, 1922,5140-5/45, англ, (прототип) . Подписита СССРийаб.,д,4/5