Универсальный импульсный разрядный стенд

Предложен универсальный разрядный стенд, предназначенный для испытаний химических источников тока (ХИТ) в процессе их разработки и производства. Устройство способно разряжать ХИТ постоянным и импульсным токами, с постоянным уровнем мощности, с постоянной величиной сопротивления нагрузки, а также на встроенные и внешние резистивные нагрузки. Содержит кодоуправляемые стабилизаторы тока, блок управления, модуль связи с компьютером, коммутационные элементы, набор встроенных резистивных нагрузок, многоканальный аналогоцифровой преобразователь (АЦП) с поканальной гальванической развязкой для измерения напряжений батареи и отдельных ХИТ, подключенных к его входу, а так же дополнительный источник питания, включаемый последовательно с испытываемой батареей для обеспечения возможности глубокого разряда батареи, электронный ключ для подключения к батарее внешней резистивной нагрузки, управляющий и регистрирующий компьютер.

Полезная модель относится к области автоматизированных средств испытаний для определения электрических характеристик химических источников тока (ХИТ) и соответствия этих характеристик заданным нормам практически для всех режимов., используемых при их эксплуатации.

Известна конструкция испытательного оборудования для аккумуляторных батарей (АБ), на базе микроконтроллера MCS-51, которая пригодна для тестовых испытанний АБ в трех режимах: импульсная зарядка, разрядка в течение короткого интервала, непрерывная зарядка, обеспечивающая быстрое тестирование состояния и уровня заряда АБ. Результаты испытания могут быть выданы на печать, представлены на дисплее в удобной для оператора форме с помощью интерфейса ICL 232./ Lio Shunku. Yan Wai-min// Xiamen daxue xuebao. Ziran kexue ban = J. Xaimen Univ. Natur. Sci - 1999 - 385. - С.790-792. Кит.

Данное оборудование возможно применять для определения электрических характеристик ХИТ в процессе производства, но оно имеет следующие недостатки: невозможен разряд батареи в импульсном режиме с наложением серий импульсов, не обеспечена возможность разряда отдельных ХИТ, разряда в режимах с постоянным уровнем мощности, на постоянное сопротивление, на встроенные фиксированные омические нагрузки, на внешнюю омическую нагрузку.

Известно также устройство для определения электрических характеристик ХИТ, содержащее стабилизатор тока, элементы управления и коммутации, временное устройство для задания длительности разрядного импульса, набор фиксированных резистивных (омических) нагрузок (разрядный стенд PC-32 Паспорт Г7.112 667-0 ПС).

Существенными недостатками этого известного устройства являются: отсутствие встроенной системы измерения и регистрации параметров батареи синхронно с действием импульса разряда; ограниченный диапазон времени разряда от 0,02 до 10 с; невозможность разряда батареи с напряжением менее 8 В; низкий уровень автоматизации испытаний, высокая трудоемкость испытаний.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению, принятой за прототип, является программируемая электронная нагрузка PEL-300, включающая в себя стабилизатор тока (СТ), к входу которого с помощью комутационных элементов подключается испытываемая батарея или отдельные ХИТ, соединенные последовательно, параллельно с СТ к батарее подключается одноканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для

измерения напряжения и тока испытываемой батареи, к другим входам СТ подключается программируемый блок управления и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) для задания величины тока. (Руководство по эксплуатации. GOOD WILL INSTRU-MENT CO. LTD).

Число шагов программы (смены величины тока и длительности разряда при каждом токе) в одном цикле от 1 до 99. Минимальная длительность шага 1 с.

Устройство позволяет выполнять разряд батареи постоянным током в течение заданной длительности или по заданной программе, испытание батареи в режиме постоянного сопротивления, осуществляя иммитацию сопротивления нагрузки, измеряет напряжение и ток разряда.

Недостатками этого устройства являются: отсутствие возможности разряда в режиме поддержания постоянной мощности и на внешние резистивные нагрузки; отсутствие мвозможности измерения напряжений отдельных ХИТ в составе батареи; отсутствие возможности задания коротких (менее 1 с) импульсов тока; ограниченное число шагов программы, невысокое быстродействие измерителей напряжения и тока, невозможность разряда батареи с напряжением ниже 5В.

Технический результат, для достижения которого предложен универсальный импульсный разрядный стенд заключается, в отличие от прототипа, в возможности измерения напряжения батареи и отдельных ХИТ, входящих в ее состав; обеспечении режима разряда батареи при постоянном уровне мощности разряда и разряда на внешнюю резистивную нагрузку; возможность глубокого разряда батареи (вплоть до 0В), обеспечение сложных циклограмм разряда, включая внутренние циклы (цикл в цикле) при длительностях шагов программы от 0,03 с и более; формирование программ испытаний, отчетов и графиков испытаний; хранение программ и результатов испытаний в архиве.

Для достижения этого технического результата в разрядный стенд, содержащий стабилизаторы тока, блок управления, содержащий управляющий регистр и два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП), задающих величины тока стабилизаторов, коммутационные элементы, набор фиксированных резистивных нагрузок, дополнительно введены многоканальный аналогоцифровой преобразователь (АЦП) с поканальной гальванической развязкой, входы которого могут быть использованы для измерения напряжений батареи и отдельных ХИТ, а так же дополнительный источник питания, включаемый последовательно с испытываемой батареей для обеспечения возможности глубокого разряда батареи, электронный ключ для подключения к батарее внешней резистивной нагрузки, модуль связи для подключения управляющего и регистрирующего

компьютера.

Отличительными признаками предлагаемого стенда от его прототипа является наличие многоканального аналого-цифрового преобразователя с гальванической развязкой каждого канала, входы которого подключаются к батарее и ее отдельным элементам, дополнительного источника питания, включаемого последовательно с батареей, наличие электронного ключа для коммутации внешней резистивной нагрузки, наличие набора встроенных резистивных нагрузок для разряда конкретной батареи, наличие режима разряда при постоянном уровне мощности, наличие модуля связи для подключения компьютера.

Использование этих отличительных признаков, позволяет производить измерение напряжения отдельных ХИТ, составляющих батарею; глубокий разряд батареи (вплоть до 0В); возможность разряда батареи на внешнюю резистивную нагрузку; возможность разряда конкретной батареи на встроенные резистивные нагрузки; разряд батареи при постоянном уровне мощности; обеспечение выполнения сложных циклических программ испытаний; возможность регистрации результатов испытаний в виде протоколов и графиков, возможность хранения созданных программ и результатов испытаний в архиве компьютера, что повышает уровень автоматизации испытаний, точность измерений при импульсном разряде, снижает их трудоемкость.

На фиг.1 приведена структурная схема предложенного стенда. Стенд содержит дополнительный источник питания (ДИП) 1, блок питания 2, коммутационные элементы 3, (входной разъём, реле), измерительные шунты на плате шунтов 4, электронный ключ 5 для подключения к батарее внешней нагрузки, плату резисторов 6 (встроенных нагрузок), стабилизаторы тока 7 и 8, модуль связи с компьютером 9, блок управления 10, компьютер 11, аналого-цифровой преобразователь 12. Включение батареи в разрядную цепь показано на фиг. 2, где 1-ДИП, 2 - стабилизатор тока.

Выводы батареи и отдельных ХИТ через входной разъём подключены к соответствующим входам АЦП.

Стенд имеет два режима работы - ручной и автоматический (при подключении внешнего компьютера).

В ручном режиме стенд обеспечивает:

В ручном режиме (при установлении тумблера АВТ-РУЧ. В положение РУЧ) стенд включается в простом варианте - без многоканального АЦП, без электронного ключа, без модуля связи с компьютером, и обеспечивает разряд батареи постоянными стабилизированными токоми, регулировку величины тока с передней панели стенда; измерение величин тока и напряжения ХИТ внешними приборами.

В автоматическом режиме стенд работает по программам, созданным оператором и хранящимся в памяти компьютера.

Перед началом разряда оператор задает режим разряда (постоянным током, с постоянной мощностью, с постоянным сопротивлением, на внешнюю резистивную нагрузку или на встроенные нагрузки). Затем, в зависимости от выбранного режима, задает величины тока, мощности или сопротивления разряда, задает время разряда и величину порогового напряжения, до которого происходит разряд. Если программа сложная и состоит из ряда шагов с различными величинами тока (мощности, сопротивления), оператор задает параметры каждого шага - величину тока (мощности, сопротивления) и длительность разряда. Затем оператор выбирает и включает измерительные каналы АЦП, к которым подключены напряжения ХИТ и батареи. Компьютер по заданной программе разряда производит включение ДИП, что обеспечивает возможность глубокого разряда батареи, включение батареи в разрядную цепь, с помощью коммутирующих элементов и АЦП устанавливает величины параметров разряда, меняет их в соответствии с программой, производит периодические измерения напряжения и тока, необходимые вычисления, а так же запись данных измерений и вычислений в архив.

Остановка процесса разряда и отключение батареи из токовой цепи производится автоматически по запрограммированным условиям окончания разряда (по истечении заданного времени, по пороговому напряжению или по заданному числу циклов импульсного разряда) с помощью коммутирующих элементов.

Универсальный импульсный разрядный стенд для испытаний химических источников тока, содержащий стабилизаторы тока, к входам которых подключены блок управления и цифроаналоговые преобразователи, задающие величину тока, а к выходам, с помощью коммутационных элементов, подключается испытываемая батарея, отличающийся тем, что в схему дополнительно введены многоканальный аналого-цифровой преобразователь с гальванической развязкой по каждому каналу, к входам которого подключены испытываемая батарея и каждый из ее элементов, дополнительный источник питания, включенный последовательно с испытываемой батареей для обеспечения глубокого разряда батареи, встроенные резистивные фиксированные нагрузки и внешние резистивные нагрузки, подключаемые к разрядной схеме с помощью электронного ключа, а также модуль связи с компьютером, выход которого подключен к блоку управления, а вход - к компьютеру, обеспечивающему управление, формирование программ, отчетов и графиков испытаний и сохранение их в архиве.