устройство определения энергоресурса аккумуляторных батарей

Формула изобретения

Устройство определения энергоресурса аккумуляторных батарей, содержащее задающий генератор синусоидального напряжения, подключенный одним выводом к измерителю тока и через эталонный резистор - к батарее, другим выводом - к батарее и через разделительный конденсатор - к измерителю напряжения, отличающееся тем, что задающий генератор синусоидального напряжения выполнен цифровым с двумя дополнительными выводами, а измерители тока и напряжения выполнены цифровыми и содержат вентили, нуль-органы, счетчики, преобразователи код-напряжения и общий генератор тактовых импульсов, причем два основных выхода задающего генератора синусоидального напряжения подключены ко входам нуль-органов, а два дополнительных выхода - ко входам вентилей, выход генератора тактовых импульсов - ко вторым входам вентилей, входы нуль-органов - к третьим входам вентилей, выходы вентилей - ко входам счетчиков, выход счетчика измерителя тока подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжения, а источник опорного питания - к аналоговому входу этого преобразователя, выход последнего преобразователя подключен ко второму входу нуль-органа измерителя тока и аналоговому входу преобразователя код-напряжения измерителя напряжения, выход последнего подключен ко второму входу нуль-органа измерителя напряжения, выход счетчика-измерителя напряжения подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжение и указателю емкости, второй вход указателя емкости соединен со входом нуль-органа измерителя напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и измерительной техники и может быть использовано для определения энергоресурса (емкости) аккумуляторных батарей (АБ), применяемых в различных технических системах и устройствах.

Известны устройства определения энергоресурса АБ по плотности электролита, циклам разряда-заряда и др. [1, 2], однако они не применимы ко всем типам электрохимических систем и трудоемки.

Патентный поиск по соответствующим классам (НКИ 324-29.5, МКИ G 01 N 27/42 и др.) показал, что наиболее близким по технической сущности является устройство определения зарядного состояния АБ путем измерения его фазового параметра [3 - патент США 3984762 от 07 03.75 г.], содержащий разделительные конденсаторы, эталонный резистор, усилители, источники опорного напряжения, измеритель фазового параметра, Однако он не обладает высокой точностью и чувствительностью.

Требуемый технический результат изобретения заключается в повышении точности и чувствительности определения энергоресурса АБ по значению его реактивного сопротивления.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство измеряет не угол сдвига фаз, а реактивное сопротивление АБ, соответствующее определенному значению степени заряженности АБ. Устройство содержит задающий генератор синусоидального напряжения, подключенный одним выводом к измерителю тока и через эталонный резистор - к батарее, другим выводом - к батарее и через разделительный конденсатор - к измерителю напряжения, и задающий цифровой генератор напряжения инфранизкой частоты выполнен с двумя дополнительными выводами, цифровые измерители тока и напряжения содержат вентили, нуль-органы, счетчики, преобразователи код-напряжения и общий генератор тактовых импульсов, причем два основных выхода задающего генератора подключены ко входам нуль-органов, а два дополнительных выхода - ко входам вентилей; выход генератора тактовых импульсов - ко вторым входам вентилей; выходы нуль-органов - к третьим входам вентилей, выходы вентилей - ко входам счетчиков; выход счетчика измерителя тока подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжения, а источник опорного питания - к аналоговому входу этого преобразователя; выход последнего преобразователя подключен ко второму входу нуль-органа измерителя тока и аналоговому входу преобразователя код-напряжения измерителя напряжения, выход последнего подключен ко второму входу нуль-органа измерителя напряжения; выход счетчика измерителя напряжения подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжение и указателю емкости, второй вход указателя емкости соединен со входом нуль-органа измерителя напряжения.

Заявляемое решение отличается от прототипа наличием новых блоков: генератора тактовых импульсов, 2-х вентилей, 2-х нуль-органов, 2-х счетчиков, 2-х преобразователей код-напряжения, источника опорного питания и указателя емкости (энергоресурса) и их связями между собой и с отдельными элементами схемы. Следовательно, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна".

Поиск технических решений в смежных и других областях техники [1-4] выявил уникальность отличительных признаков заявленного технического решения, что соответствует критерию "изобретательский уровень". Сравнение заявляемого решения с указанным устройством [3] показывает, что совокупность блоков в указанном устройстве не связана между собой так, как в предложенном устройстве с введенными элементами, что не позволяет в указанном устройстве достичь необходимый технический результат. Таким образом, заявляемое устройство содержит в своем составе стандартные блоки вычислительной и измерительной техники. Следовательно, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства определения энергоресурса аккумуляторных батарей, где обозначено:

1 - аккумуляторная батарея,

2 - цифровой генератор напряжения инфранизкой частоты;

3 - эталонный резистор,

4 - разделительный конденсатор;

5 - генератор тактовых импульсов,

6, 7 - вентили;

8, 9 - нуль-органы,

10, 11 - счетчики;

12, 13 - преобразователи код-напряжения,

14 - источник опорного питания;

15 - указатель емкости.

Комплекты блоков 6, 8, 10, 12 и 7, 9, 11, 13 образуют, соответственно, цифровые измерители тока и напряжения.

Два основных вывода задающего генератора подключены ко входам нуль-органов 8 и 9, а два дополнительных - ко входам вентилей 6 и 7, выход генератора тактовых импульсов 5 - ко вторым входам вентилей 6 и 7; выходы нуль-органов 8 и 9 - к третьим входам вентилей 6 и 7, выходы вентилей 6 и 7 - ко входам счетчиков 10 и 11; выход счетчика измерителя тока 10 подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжения 12, а источник опорного питания 14 - к аналоговому входу преобразователя 12; выход преобразователя 19 подключен ко второму входу нуль-органа измерителя тока 7 и аналоговому входу преобразователя 13 код-напряжения измерителя напряжения, выход преобразователя измерителя напряжения 13 подключен ко второму входу нуль-органа 9; выход счетчика измерителя напряжения 11 подключен к кодовому входу преобразователя 13 и входу измерителя 15.

Измерители тока (блоки 6, 8, 10, 12) и напряжения (блоки 7, 9, 11, 13) вместе с общим генератором тактовых импульсов 5 представляют собой преобразователи напряжения - код (ПНК) последовательного счета со ступенчато растущим напряжением обратной связи, работающие в одностороннем неследящем режиме. Синхронизируется работа измерителей при помощи импульсов от цифрового генератора напряжения инфранизкой частоты (ЦГИНЧ) [4].

Принцип измерения поясняется фиг.2. В момент времени t₁, соответствующий максимальному значению напряжения ЦГИНЧ 2 (а следовательно, и токи через резистор 3) открывается вентиль 6 и производится измерение напряжения в момент времени t₂, соответствующему нулевому значению напряжения ЦГИНЧ 2, открывается вентиль 7 и производится замер напряжения на аккумуляторной батареи 1 U_АБ. В момент срабатывания нуль-органа 9 заканчивается измерение U_АБ в долях от напряжения и от нуль-органа 9 выдаются команды на вентиль 7 и измеритель 15 на разрешение считывания результата.

Таким образом, весь процесс измерения делится на два этапа. Вначале, в момент времени t₁ измеряется амплитуда тока ЦГИНЧ по напряжению выделяемому на резисторе R_Э, а затем, в момент времени t₂, измеряется напряжение переменной составляющей U_АБsin, причем при последнем измерении опорным (эталонным) напряжением для цифрового измерителя напряжения является Поэтому измеряемая величина Usin,пропорциональная показаниям счетчика 11, оказывается выраженной в долях от напряжения , т.е. от тока, протекающего через АБ, и, следовательно будет соответствовать значению реактивного сопротивления батареи 1.

В памяти указателя 15 содержится таблица соответствия кодового значения счетчика 11 (пропорционального реактивному сопротивлению аккумуляторной батареи) фактическому значению остаточной емкости батареи 1.

Динамические погрешности измерения и U_АБ в некоторой степени компенсируют друг друга и, учитывая очень малую скорость изменения напряжений и U_АБ, всегда могут быть сделаны меньше допустимой величины. Из принципа действия измерителя следует, что время измерения остаточной емкости (энергоресурса) батареи практически соответствует моменту появления команды t₂, которая следует после команды t₁. Учитывая произвольность момента включения измерителя, команда t₁ может последовать через время от нуля до 3/4 периода сигнала ЦГИНЧ 2. Таким образом, время измерения без учета переходных процессов будет лежать в пределах от 1/4 до одного периода ЦГИНЧ.

Источники информации

1. Вайлов А.М., Эйгель Ф.И. Контроль состояния аккумуляторов. - М.: Энергоатомиздат, 1992, - 288 с.

2. Романов В.В., Хашев Ю.М. Химические источники тока. - М.: Сов. Радио, 1978, - 264с.

3. Патент США 3984762 от 7.03.75г.

4. Попов Д.А., Крылов С. К., Капелько К.В. Цифровой генератор инфранизкой частоты. Авторское свидетельство 538480 от 27.6.72г.