Счетчик ампер-часов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 51)5 С 01 ГОСУДАРСТВЕННЫИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТ ОТКРЫТИЯТЕНИЯ " 4-2 Бел. Р 15 В.И.Быць 78 (088.е свидет0 01 КсвидетелС 01 К льство СССР 1/34, 1981. ство СССР 11/34, 1985 ЧЕТЧИК АМПЕР-ЧЛ ОПИСАНИЕ ИЗО ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к технике измерения количества электричества и может быть использовано для непрерывного контроля текущей емкостии измерения КПД аккумуляторных батарей (АБ) в системах электропитанияпостоянного тока. Цель изобретенияповышение точности измерения степени заряженности аккумуляторных батарей. Введение блока 16 Формированияпризнака нуля, счетчика 17 емкостипереполнения, мультиплексора 18,1559296 счетчика 19 суммарной емкости зарядных циклов, вычислительного блока11 и блока 10 памяти позволяет непрерывно определять КПД АБ. Непрерывное определение КПД АБ позволяет пос"тоянно подстраивать блок 9 формирования кода управления, что повышаетточность измерения степени заряженности АБ. Счетчик ампер-часов содерИзобретение относится к технике измерения количества электричества и может быть использовано .для непрерь 1 вного контроля текуцей емкости и измерения КПД аккумуляторных батарей в системах электропитания постоянного тока.Цель изобретения - повышение точности измерения степени заряженности аккумуляторых батарей.На чертеже показана структурно 25 Функциональная схема счетчика ампер- часов.Счетчик ампер-часов содержит источник 1 питания с исполнительным устройством и балластной нагрузкой (шунтом) .2, аккумуляторную батарею 3, усилитель 4 постоянного тока,преобразователь 5 напряжения - частота, триггер б, элемент ИЛИ 7, делитель 8 частоты, блок 9 Формирования кода управления, блок 10 памяти, вычислительный блок 11, первый 12, второй 13 и третий 14 элементы совпадения, реверсивный счетчик 15, блок 1 6 Формирования признака нуля 40 счетчик 17 емкости переполнения, мультиплексор 18, счетчик 19 суммарной емкости зарядных циклов и датчик20 давления.Первый выход источника 1 питания 4 подключен к первому входу аккумулятор. ной батареи 3, второй выход источни" ка 1 питания - к входу шунта 2, выход которого подключен к. второму входу аккумуляторной батареи 3 и первому входу усилителя 4 постоянного тока, к второму входу которого подключен второй выход источника 1 питания, Выход усилителя 4 постоянного тока подключен к входу преобразователя 5 напряжения - частота, первый выход которого подключен к входу установки в единицу триггера 6, к счетному входу , счетчика 19 суммарной емкости заряджит также источник 1 питания с исполнительным устройством и балластной нагрузкой 2, аккумуляторную батарею 3, усилитель 4 постоянного тока, преобразователь 5 напряжениечастота, триггер 6, элемент ИЛИ 7,делитель 8 частоты, три элемента 12 "14 совпадения и датчик 20 давления.1 ил. ных циклов и к первому входу элемента ИЛИ 7,Второй выход преобразователя 5напряжение - частота подключен к входу установки в ноль триггера б и квторому входу элемента ИЛИ 7, выходкоторого подключен к инФормационномувходу делителя 8 частоты, к управляюцему входу которого подключен выходблока 9 Формирования кода управления. Прямой выход триггера 6 подключен к входу управления блока 9 формирования кода управления и к первому входу второго элемента 13 совпадения, инверсный выход триггера 6 - кпервому входу первого элемента 12совпадения, выход которого подключенк входу сложения реверсивного счетчика 15.Выход делителя 8 частоты подключенк второму входу первого элемента 12совпадения и к второму входу второгоэлемента 13 совпадения, выход которого подключен к входу третьего элемента 14 совпадения и к счетному входу счетчика 17 емкости переполнения.Выход третьего элемента 14 совпадения подключен к входу вычитания реверсивного счетчика 15, выход которого подключен к входу блока 1 б Формирования признака нуля и к первомувходу мультиплексора 18.Выход блока 16 Формирования признака нуля подключен к второму входутретьего элемента 14 совпадения, квходу управления мультиплексора 18,к входу управления знаком Функциивычислительного блока 11, к входуобнуления счетчика 17 емкости переполнения, выход которого подключенк второму входу мультиплексора 18,выход которого соединен с третьимвходом вычислительного блока 11, Выход аккумуляторной батареи 3 подключен к входу датчика 20 давления, 1559296выход которого подключен к входуразрешения записи блока 10 памяти,к входу разрешения вычислительногоблока 11, к входу обнуления реверсивного счетчика 15, к входу обнулениясчетчика 19 суммарной емкости зарядных циклов, выход которого соединенс вторым входом вычислительного блока 11, выход которого соединен с входом блока 10 памяти, выход которогосоединен с первым входом вычислительного блока 11 и входом блока 9 формирования кода управления.Счетчик ампер-часов работает следующим образом,При включении питания аккумуляторная батарея 3 заряжена, датчик 20давления сработал, реверсивный счетчик 15, счетчик 17 емкости переполнения, счетчик 19 суммарной емкостизарядных циклов находятся в нулевомсостоянии, в блоке 10 памяти записанкод коэффициента деления, равный1,00 (что соответствует коэффициенту полезного действия аккумуляторной батареи 3, равному 1003), триггер6 в нулевом состоянииПри нулевом состоянии реверсивного счетчика 15 срабатывает блок 16 Формирования признака нуля, запрещается работа третьего элемента 1 ч сов-. падения, разрешается работа счетчика 17 емкости переполнения, мультиплексор 18 включен на передачу сигнала с второго входа на выход.Положительному направлению тока через шунт 2 соответствует процесс заряда аккумуляторной батареи 3, отрицательному направлению тока процесс разряда аккумуляторной бата реи 3.Информация на выходе реверсивного счетчика 15 соответствует глубине разряда аккумуляторной батареи (количеству энергии, полученному из полностью заряженной аккумуляторной батареи 3), поэтому полностью заряженной аккумуляторной батарее 3 соответствует нулевая информация в реверсивном счетчике 15.Код коэффициента деления К на вы ходе блока 10 памяти является величиной, обратно пропорциональной коэфФициенту полезного действияаккумуляторной батареи 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При отрицательном направлении тока через шунт 2 (процесс разряда) напряжение с его выхода, усиленное усилителем 1 постоянного тока, поступает на вход преобразователя 5 на" пряжение - частота, На второй выхо" де преобразователя 5 напряжение - час тота появляются импульсы, частота которых пропорциональна току разряда аккумуляторной батареи 3. Эти импульсы подтверждают нулевое состояние триггера 6, инверсный выход которого разрешает работу первого элемента 12 совпадения, Нулевое значение прямого выхода триггера 6 запрещает работу второго элемента 13 совпадения и устанавливает в блоке 9 Формирования кода управления код 1,00, соответствующий процессу разряда. Блок 9 формирования кода управления устанавливает в делителе 8 частоты требуемый коэффициент деления.Импульсы с второго выхода преобра" зователя 5 напряжение - частота через элемент ИЛИ 7 поступают на вход делителя 8 частоты. Импульсы с выхода делителя 8 частоты через открытый первый элемент 12 совпадения поступают на вход сложения реверсивного счетчика 15. Реверсивный счетчик 15 накапливает величину, соответствую" щую глубине разряда аккумуляторной батареи 3. При ненулевом состоянии реверсивного счетчика 15 блок 16 Формирования признака нуля снимает свой выходной сигнал, при этом еще раз обнуляется счетчик 17 емкости переполнения, разрешается работа третьего элемента 1 М совпадения, мультиплексор 18 переключается на передачу сигнала с первого входа.При разряде давление в аккумуляторной батарее 3 уменьшается, датчик 20 давления выключается. При пере" ключении аккумуляторной батареи 3 в режим заряда меняется направление тока через шунт 2, При этом импуль- . сы, частота которых пропорциональна величине зарядного тока, появляютсяна первом выходе преобразователя 5 напряжение - частота и, следователь" но, на входе установки в единицу триггера 6, Триггер 6 устанавливается в единичное состояние, запрещается работа первого элемента 12 совпадения, разрешается работа второго элемента 13 совпадения, блок 9 Формирования кода управления передаетй=Е-ЕО)О. 40 В момент срабатывания датцика 20 давления фактическое значение. 1 =О (аккумуляторная батарея заряжена), таким образом содержимое реверсивно" 45 го счетчика 15 будет представлять величину ошибки й.При срабатывании датчика 20 давления на первом входе вычислительного блока 11 будет старое значение кода коэффициента деления, поступающее с выхода блока 10 памяти (обозначим старое значение кода коэффициента деления К),на втором входе - содержимое счетчика 19 суммарной емкости зарядных циклов т 1, на третьем входе - содержимое реверсивного счет, чика 15 (д=Е,), поступившее через ,первый вход мультиплексора 18, на на вход делителя о частоты код, записанный в блоке 10 памяти. Импульсы преобразователя 5 напряжение - частота, с учетом коэффициента деления в режиме заряда (в начальный момент равного 1,00), через делитель 8 часто-ты и открытые второй 13 и третий 14 элементы совпадения поступают на вычитающий вхьд реверсивного счетчика 15. Одновременно импульсы с первого выхода преобразователя 5 напряжение - частота поступают на счетный вход счетчика 19 суммарной емкости зарядных циклов 7. 1 р .По мере заряда аккумуляторной ба" тареи 3 содержимое реверсивного счетчика 15 уменьшается. Работа счетчика 1 емкости переполнения запрещена нулевым сигналом на входе обнуления (отсутствует признак "нуль" на выходе блока 16 Формирования признака нуля).Допустим, что после проведения п неполных циклов заряда"разряда 25 аккумуляторной батареи 3 произошел полный заряд аккумуляторной батареи. Момент полного заряда определяется по срабатыванию датчика 20 давления. Поскольку в момент включения в блоке 30 10 памяти. был записан код коэффициента деления К =1,00, то величина емкости аккумуляторной батареи 1, определяемая реверсивным счетчиком 15, будет больше фактического значения этой величины 1 О. Обозначим величину ошибки реверсивного счетчика 15 черезов. Тогда входе управления знаком функциинулевое значение сигнала.По переднему фронту сигнала датчика 20 давления производится выборка из вычислительного блока 11 нового значения кода К , Его запись вблок 10 памяти производится по заднему фронту сигнала датчика 20 дав"ления, Величина нового значения кодакоэффициента деления Ко определяется в вычислительном блоке 11 исходяиз ФормулыиК(1)- Езе К 1зерПо заднему фронту сигнала датчика 20 давления обнуляется реверсивныйсчетчик 15 (устраняется ошибка подсчета 1, 1,=0) и обнуляется счетчик 19 суммарной емкости зарядныхциклов, чем подготавливается новоевычисление К, где К, - обратно пропорционально велицине 1 т.е,КПЛ аккумуляторной батареи 3 за ициклов заряда-разряда.Аналогично происходит определениеК для дальнейших срабатываний датчика 20 давления при условии паденияКПП аккумуляторной батареи 3 по мере ее циклирования,Однако возможен второй вариантработы счетчика ампер-часов. Он соответствует состоянию, когда содержимоереверсивного счетчика 15 в зарядеуменьшилось до нуля (1,=0), а датчик20 давления еще не сработал (10).В этом случае КПД аккумуляторной батареи 1, оказался выше, цем определенный на предыдущем цикле. Этот случай возможен при изменении температурных режимов работы аккумуляторнойбатареи 3 или после проведения в нейспециальных "восстановительных" циклов,В этом случае при нулевом значенииреверсивного счетчика 15 срабатывает блок 16 формирования признакануля, запрещается работа третьегоэлемента 14 совпадения (эа счет чего реверсивный счетчик 15 остаетсяв нулевом состоянии) и разрешаетсяработа счетчика 1 емкости переполнения. Мультиплексор 18 переключается в режим передачи сигналов с второго входа, а на входе управления знаком функции вычислительного блока 11появляется единичный сигнал. На счети разряд, определяющий знак д (признак "нуль блока 16 Формирования признака нуля), являются составляющими адреса микросхемы ПЗУ, например К, Й-разрядный код;1 З - 7-рязй 1 9 15 ный вход счетчика 1 емкости переполнения поступают импульсы с выхода второго элемента 13 совпадения. При срабатывании датчика 20 давления код в счетчике 1 емкости переполнения будет представлять величину л, Отрицательный знак д определяется наличием единичного сигнала на входе управления знаком функции вычислительного блока 11. При этом вычислительный блок 11 определит новое значение Кэ с учетом отрицательного знака ошибки а в формуле (1).Вычислительный блок 11 представляет собой постоянное запоминающее устройство. Вычисления по формуле (1) всех возможных значений аргументтов К, Е 3 д, и разряда, опре- Зар деляющего знак а, произведены на ЭВИи в виде массива информации занесены1ьв микросхему ПЗУ. Коды ЕT: 1д,:у И е 592961 - количество энергии, переданной в аккумуляторную батареюв процессе заряда;5- КПД аккумуляторной батарен.Учет КПД аккумуляторной батареиосуществляется изменением коэффициента деления счетчика, Для определениявеличины КПД запишем формулу, опреде 10 ляющую Фактическую величину емкостиаккумуляторной батареи в ампер-часах(1,) и величину емкости аккумуляторной батареи, определенную счетчиком(1,), Величина 1, не равна Т , таккак после проведения и-циклов зарядаразряда КПД аккумуляторной батареиизменился,Обозначим: 10 - величина емкостибатареи; , - фактическое значение20оаккумуляторной батареи; Е 1й 1количество энергии, поступившей ваккумуляторную батарею при п-циклах,заряда1 зд - количество энерфгии, получаемой из аккумуляторнойбатареи при и-циклах разряда.Тогда Фактическое значение емкости аккумуляторной батареи будет опре.деляться какрядный код, д - 3"разрядный код, признак "нуль" - 1 разряд,.В момент срабатывания датчика 20 давления происходит выборка значения К, которое соответствует поступившим на вход аргументам. Таким образом происходит вычисление нового значения К по Формуле (1). Новое значение записывается в блок 10 памяти и в момент последующего срабатывания датчика 20 давления будет использовано как аргумент Кв формуле (1). За счет определения йового значения кода коэффициента деления К, (обратно пропорциональной величины КПД аккумуляторной батареи) повышается точность определения степени заряженности аккумуляторной батареи.Определение кода коэффициента деления К основано на следующем.Количество энергйи при заряде определяется какЭар ф где 1 - количество энергии, накопленной в аккумуляторной батарее; Обозначим: 1, - величина емкости З 5 аккумуляторной батареи, определяемую счетчиком ампер-часов;установленное в счетчике значениекоэффициента полезного действия401 ю аЭфПолностью заряженной аккумулятор"ной батарее соответствует нулевое45 значение содержимого счетчика амперчасов (глубина разряда аккумуляторной батареи равна нулю), Момент пол"ного заряда аккумуляторной батареиопределяется по срабатыванию датчи 50 ка давления. В момент срабатываниядатчика фактическое значение глубиныразряда аккумуляторной батареи равно нулю (1 =О).,Поскольку КПД батареи изменился55после и циклов, а это в счетчике неучтено, то 1 Ф 1,Если КПД аккумуляторной батареиза период и циклов продолжал падать1 Ю1 эзар Х 1 раз) 1 о 1а Н1 зар1 с 1 1 раэ) э=Ьо 11)зар 100А ч -=105 ч. 8 этом случае в счетчике ампер- часов будет находиться значение, равное по величине ошибке, накопленной за и циклов Для учета КПД аккумуляторной батареи 1 коэффициент деления счетчика должен быть увеличен на величину К=-, так как для того, чтобы получить из заряженной батареи, к примеру, 100 А ч энергии при=0,95, в аккумуляторную батарею необходимо пе- редать С учетом того, что ; ранее установленное значение КПД аккумуляторной батареи, а .,- КПД аккумуляторной батареи после проведенияи циклов заряда-разряда, а также с1 1учетом того, что К =- и К = полуочаем формулу для определения К реально действующего за и цикловоК, Х 1О ИХ 1 +КдВеличину К, определяем из форму;лы 1) и устанавливаем в счетчикеампер-часов на последующие и цикловдо следующего срабатывания датчикадавления. В момент срабатывания датчика давления (фактическое значение1,=0) определяется новое значениеКо и устанавливается для счетчикадо очередного срабатывания датчика,Формула изобретенияСчетчик ампер-часов, содержащий источник питания с исполнительным устройством и балластной нагрузкой, шунт, аккумуляторную батарею, усилитель постоянного тока, входы которого соединены с балластной нагрузкой, подключенной между выходами источника питания и аккумуляторной батареей, преобразователь напряжение - частота, 1 296 12вход которого соединен с выходомусилителя постоянного тока, а выходы - с входами триггера и входамиэлемента ИЛИ, выход элемента ИЛИсоединен с входом делителя частоты,выход которого соединен с первымивходами первого и второго элементовсовпадения, вторые входы которых соединены с выходами триггера, выход первого элемента совпадения соединен свходом сложения реверсивного счетчика, блок формирования кода управления, вход которого соединен с выходом триггера, а выход - с входом делителя частоты, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения степени заряженности аккумуляторных батарей, в него 20 введены блок формирования признакануля, счетчик емкости переполнения,мультиплексор, счетчик суммарной емкости зарядных циклов, вычислительныйблок, блок памяти, датчик давления 25 и третий элемент совпадения, выходкоторого соединен с входом вычитания реверсивного счетчика, вход блока формирования признака нуля соединен с выходом реверсивного счетчика, З 0 а выход - с первым входом третьегоэлемента совпадения, входом обнулениясчетчика емкости переполнения, входомуправления мультиплексора, входомуправления знаком функции вычислительного блока, счетный вход счетчика емкости переполнения соединен с выходом второго элемента совпадения, авыход - с входом мультиплексора, второй вход которого соединен с выходомреверсивного счетчика, а выход - спервым входом вычислительного блока,счетный вход счетчика суммарной емкости зарядных. циклов соединен с выходом преобразователя напряжение - час тота, вход обнУления соединен с выходом датчика давления, а выход - с вторым входом вычислительного блока,выход которого соединен с входом блока памяти, выход которого соединен с 50 управляюцим входом блока формирования кода управления и третьим входомвычислительного блока, вход датчикадавления соединен с аккумуляторнойбатареей, а выход - с входом блока 55памяти, четвертым входом вычислительного блока, входом обнуления реверсивного счетчика.