Установка для электрических испытаний аккумуляторных батарей

Союз Советских

Социалистических

Республик

<111 736226

4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 0 1.02.78 (21 } 2578413/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Н 01 М 10/48

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и откр ыти й

Опубликовано 250580. Бюллетень ¹ 19

Дата опубликования описания 280580 (53) уРу 821. 355.1 (088. 8) Д, Г, Белов, С. В,Медведников, И, Т. Перекопский и Т.М.Шупило (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (5 4) УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к устройствам для электрических испытаний химических батарей аккумуляторов и может быть использовано в тех случаях, когда необходимо определение их электрических характеристик.

Использованию аккумуляторных батарей (AS) в качестве источника электропитания различных изделий предшест. вуют, как правило, испытания АБ по всей области. возможных условий и ре- . жимов работы, Пель этих испытаний, в основном, 15 сводится к более полному определению эксплуатационных характеристик АБ, таких как, например, отдача по емкости, энергетический КПД диапазон рабочих напряжений, ресурс и 2Q др. и подтверждению Возможности ее применения в заданных условиях и режимах работы.

Наиболее характерным режимом работы АВ при ее использовании в сос- 25 таве различных автономных систем электропитания является буферный режим, характеризующийся многократными зарядно-разрядными циклами, которйе,в подавляющем большинстве слу- З() чаев, проводятся на различных уровнях з аряжен ности 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 AS которые используют в качестве первичного источника электроэнергии периодически работающий генератор ограниченной мощности (например, генератор на основе периодически 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 AE поэтому одной из основных задач является разработка такого устройства для испытаний АБ, которое наиболее

736226 полно имитировало бы ее реальные условия и режимы э ксплуат ации и было бы достаточно простым в изготовлении и эксплуатации.

Известны стенды для электрических испытаний АБ,содержащие зарядное устройство, эквивалент нагрузок, блоки управления и регулирования, устройстно контроля и регистрации, программно-временное устройство и пульт оператора, объединенные кабельной сетью в общую схему,. обеспечивающую их совНиклирование АБ в заданных режимах на известных стендах обеспечивается либо по управляющим датчикам конечного зарядного и разрядного напряжений, настроенных на определенные уровни срабатывания f 2), либо по реверсивному счетчику ампер-часон, включенному в контур управления зарядно-разрядными режимами и измеряющему количество электричества, сообщаемое АБ на заряде и снимаемое с нее на разряде (3), либо по определенной временной программе, задаваемой программно-временным устройством, которое через наперед заданные интервалы времени осуществляет необходимые изменения режима циклиоования (4),либо по определенной комбинации перечисленных выше управляющих функциональных у=-:— лов.

Измерение электрических характерчстик АБ в известных стендах осуществляется соответствующими устройствами контроля и регистрации, причем, определение количества электроэнергии, сообщаемой АБ на заряде

30 или снимаемой на разряде, производится или по методу вольтметр-амперметр40 время, или по показаниям счетчика ампер-часов и вольтметра.

Недостатки известных стендов для электрических испытаний AS заключаются в том, что, во-перных, они не позволяют организовать автоматическос 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 AS), так как не содержат необходимых измерителей в контуре анто50 матического управления зарядно-разрядными циклами; во-вторых, определение электрйческих характеристик, таких как 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 (1) . оцен ки э ксплуат ационных характери стик аккумуляторной батареи f 5), Стенд содержит зарядное устройство (имми т атор солнечной бат ареи фотопреобразователей) и эквивалент нагрузок, обеспечивающие встроенными широ коди апазон ными регул ятор ами c T абилизацию токов заряда и разряда

АБ на дискретных уровнях, задаваемых программным устройством, автомат регулирования и защиты, переключающий АБ с заряда на разряд и обратно и реализующий ее защиту по сигналам ограничителей заряда и разряда, пульт оператора для заданий режимов циклирования и управления процессом испытаний AS и устройство контроля и регистрации, измеряющее и регистрирующее значения зарядных и разрядных токов и напряжений при циклировании

АБ, а также температуру, давление и напряжение отдельных аккумуляторов батареи.

Основным недостатком этого стенда является невозможность циклирования

АБ по наперед заданному количеству электроэнергии для достоверного определения ее характеристик при использовании н таких характерных режимах, . как, например, повторяющиеся на раз— личных уровнях заряженности заряды от источника ограниченной производительности и разряды на нагрузку с постоянной величиной потребляемой мощности. Это объясняется тем, что, во-первых не учитывается имеющая место существенная зависимость токов заряда и разряда AS от величины напряжения на ней, в связи с чем переключение с заряда на разряд и обратно прои сходит в моменты времени, отличные от тех, когда AS будет сообщено или снято наперед заданное количество электроэнергии, а но-вторых, стабилизация токовых режимов, применяемая в этом стенде, неизбежно приводит к недостоверному определению хаоакт еристик АБ при ее использовании без стабилизации токов. Кроме того, к недостаткам этого стенда относится низкая точность и невозможность автоматиз алии процесса определения энергетических характеристик испытуемой

AS.

Белью предлагаемого изобретения является обеспечение автоматизации процесса электрических испытаний аккумуляторйых батарей на различных .режимах и уровнях заряженности с ,управлением по количеству электроэнергии, сообщаемой АБ на заряде и снимаемой с нее на разряде, и обеспечение получения более полной и достоверной информации о ее эксплуатационных характеристиках более простыми средствами.

Цель достигается тем, что в состав стенда, содержащего зарядное устройство, эквивалент нагрузок, 736226 автомат регулирования и защиты, устройство контроля и регистрации и пульт оператора, введены два счетчика электроэнергии с соответствующими им датчиками тока и напряжения, причем один из датчиков тока включен в зарядную цепь используемой АБ, 5 второй — в ее разрядную цепь, а дат-, чики напряжения подключены к АБ. Сое- динением управляющих выходов и обнуляющих входов каждого из счетчиков электроэнергии с соответствующими !

О входами и выходами автомата регулирования и защиты, и подключением установочных входов счетчиков к пульту оператора достигается работа. счетчиков в управляющем контуре стенда, т.е, 15 обеспечивается автоматическое (по сигналам счетчиков) циклирование испытуемой АБ на различную глубину и на различных уровнях заряженности, в том числе и в таком характерном режи- 2() ме, как заряд или разряд повторяющимися (чередующимися) дозированннми (по количеству электроэнергии ) з арядноразрядными или разрядно-зарядными циклами с различным соотношением 24 сообщаемого на заряде „(дХ ). и снимаемого на разряде (аИ ) количества электроэнергии, удовлетворяющих одному из следующих условий:. ь% Ый- для заряда AS характерЪ Р ным режимом; ь ц — для разряда AS. харакР 3 терным режимом.

Соединением счетных выходов каждого из счетчиков электроэнергии с

35 устройством контроля и регистрации достигается работа счетчиков в-информационном контуре стенда, т,е. обеспечивается повышение точности и автоматизации процесса измерения э нергетических характеристик испы- 40 туемой АБ .

На черт еже при в едена структурн ая схема стенда для электрических испы-. танийй аккумуляторных бат ар ей .

Предлагаемый стенд состоит из 45 зарядного устройства и эквивалента

2 нагрузок, .соединенных между собой с испытуемой батареей 3 через автомат

4 регулирования и зашиты, датчика 5 тока в цепи заряда и датчика 6 тока в цепи разряда батареи 3, двух датчиков .7 и 8 напряжения, измерительные входы которых соединены с испытуемой батареей 3, двух счетчиков 9 и 10 электроэнергии, счетные входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков 5.,6 тока и датчиков

7 и 8 напряжения, обнуляюшие входы и управляющие выходы подключены к соответствующим выходам и входам автомата 4 регулирования и защиты, 40 а установочные входы — к пульту 11 оператора, которнй, в свою очередь,. соединен с соответствующими входами зарядного устройства 1, эквивалента

2 нагрузок и автомата 4 регулирования 65 и защиты, а также устройства 12 контроля и регистрации, соединенного с соответствующими информационными выходами з ар ядного. устройства 1„э квивалента 2 нагрузок, счетчиков 9, 10 электроэнергии и пульта 11 оператора.

Работа предлагаемого стенда для электрических испытаний аккумуляторных батарей осуществляется следующим образом..

Пусть, например, необходимо провести автоматическое циклирование

AS на различных уровнях заряженности следующим режимом (по следующей программе): заряд до определенного уровня (например до срабатывания ограничителя полного заряда) повторяющимися частичными зарядно-разрядными циклами, дозированными по количеству электроэнергии, сообщаемой на заряде

Ьъ, и снимаемой на разряде лФр, и удовлетворяющими условию л И > ь 4(p, и последующий разряд до определенного уровня (например до срабатывания ограничителя полного разряда), При этом необходимо определить энергетические характеристики испытуемой АБ.

Перед началом циклирования АБ с пульта оператора 11 производится задание для счетчиков 9 и 10 (путем подачи сигналов на их установочные входы) требуемых уровней их срабатывания (AW> для.. считчика 9 и ьИР для счетчйка 10), подготовка зарядного устройства 1 и эквивалента 2 нагрузок для реализации им заданных режимов заряда и разряда,,а также других устройств стенда к предстоящим испытаниям.

Испытания АБ начинаются с момента подачи с пульта 11 оператора на автомат 4 регулирования и зашиты команды для подключения зарядного устройства 1 k испытуемой АБ 3 (замыкание зарядной-цепи), С.этого момента начинается заряд AS 3, в ходе которого датчик 5 тока и датчик 7 напряжения измеряют ток заряда и наггояжение АБ, а счетчик 9 электроэнергии по сигналам этих датчиков. определяет количество электроэнергии, поступающей íà AS 3. В момент времени, когда показания счетчика 9 станут равными ьЫ он выдает управляющий .сигнал на автОмат 4 регулирования и защиты, который осуществляет прекращение заряда АБ 3 (например, отключением цепи заряда, выдачу сигнала на обнуляющий вход- счетчика 10 (подготовка счетчика к. предстоящему частичному разряду, подключение цепи разряда АБ 3 на эквивалент 2 нагрузок.

С этого момента времени происходит разряд АБ 3, в ходе которого датчики

6 тока и датчик 8 напряжения измеряют ток разряда и напряжение AS 3, а счетчик 10 электроэнергии по сиг736226 налам этих датчиков определяет количество электроэнергии, снимаемой с батареи. В момент времени, когда .показания счетчика 10 станут равными л 4IР, он выдает управляющий сигнал .на автомат 4 регулирования и защиты, который по этому сигналу производит прекращение разряда AH 3 (например, отключением цепи разряда); выдачу сигнала на обнуляющий вход счетчика 9(подготовка счетчика к предстоящему частичному заряду, т. е, сброс показ аний счетчика, полученных на предыдущем заряде), подкл7счение цепи заряда АБ 3 к зарядному устройству

1 °

Поскольку 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 AB информация О количестве электроэнергии, сообщенной батарее при.ее зарядах и снятой при ее разрядах,определяемая соогветствекно счетчиками 9 и 10, поступает со счетных выходов этих счетчиков на.устройство

12 контроля и регистрации, что позволяет определить без каких-либс дополнительных измерений энергетические характеристики испытуемой АБ.

Например, для определения энергетического КПД AE достаточно вычислить отношение показаний счетчиков 10 и 9, которые зафиксированы в устройстве

12 контроля и регистрации.

Использование предлагаемого стенда для электрических испытаний аккумуляторных батарей обеспечивает в сравнении с известными стендами следующие преимущества: более достоверное определение эксплуатационных характеристик, АБ с меньшими затратами (за счет более точного приближения режимов испытаний АБ к реальным режимам ее работы более простыми средствами); реализуется автоматизация как процесса испытаний,так и измерений эксплуатационных характеристик аккумуляторных батарей при их многократном циклировании на различных уровнях заряженности с управлением по количеству электроэнергии, сообщаемой на зарядах и снимаемой на разрядна испытуемой АБ;; исключаетбя необходимость в широкодиапазонных стабилизаторах тока и гибких программно-временных устройствах; значительно упрощается перестройка режимов испытаний АБ, так как изменение уровня и глубины циклировакия в предлагаемом стенде о суще ст вл яет с я подачей сигнала на установочные входы счетчика электроэнергии, в то время как в известном это требует 7:=ðå-стрОЙ 7;и прОграммкОГО устрОй ст за которая сопряжена с выполнением большого количества операций и требует высокой квали,17Hкации Обслуживающего персон ала, Электрические испытания батарей

22 НКГК-ЗЗСА, проведенные на опытном образце предлагаемого стенда, подтвер— дили высокую автоматизацию процесса испытаний и достоверность результатов определения энергетических: характеристик испытуемой батареи, простоту перестройки режимов H OBhi T BIIHA . сравнителько меньшие затраты на из— готовление и эксплуатацию стенда. фор7"г ла изобретения

Установка для электрических испытанийй ак ку мул я торных бат ар ей, содержащая з арядкое устройство и экви— валент нагрузок, соединенные между собой и через автомат регулирования и з ащиты с клеммами для годключеки я испытуемых батарей, устройство конт— роля и регистрации и пульт оператора, подключенные к зарядному устройству и эквиваленту нагрузок, о т л и ч ан7 щ а я с я тем, что, с целью обеспечения получения более полной и достоверной информации о характеристиках испытуемых батаг7ей и угроше-кия процесса испыта-:Hé, в него введено два с етчика электроэнергии, управляю.гие вь7хо,гд и обкуляющие вхОды каждого из которых соединены с соответствующими входами и вь7ходами автомата регулирования и защиты, установочные входы подключекы к пульту оператора, а счетные вь7хо7Г7 — к устройству контроля и регистрации, два датчика тока и два датчика напряжения, выходы которых IIorrêëþ÷åHû к соответствующим счетным входам упомянутых счетчиков, причем, измерительные входГ7 Одкого из датчиков тока включены в зарядную цепь испытуемой батареи, другого — в ее разрядную цепь,Y а измерительные входы каждого из датчиков напряжения соединены с испытуемой батареей, Источники информации, принятые во внимакие-при экспертизе

1, Сборник работ по химическим источникам тока, вып.3, 1968, Энергия, с,320-344.

60 2, Авторское свидетельство СССР

Р 520667, Н 02 7 7/12, 1975.

3, Патент С777А 9 3421067, кл.320—

:14, 1969, 4. Патент С771А Р 3947743, кл.320—

65 -2, 1976 r.

73622 б

Составитель И. Найдина

Редактор М.Ликович Техред H.Асталощ Корректор Г.Назарова

Заказ 2279/8 Тираж 844 Подписное

I1HHHIIH Государственного комитета ССС> по делам изобретений и откритий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д,4/5

Филиал ППП Патент, г.уагород, ул.Проектная,4

5. Breeskin S.О. Power System . naluator oper at iona l character is.1св "Energy.7Þ. 41егвос. Епегду

Convers Eng,Conf Proc.Las.vegas.

Nev. 1970, vole " Hisdale, if . 1922, 5440-5/45, англ, (прототип) .