СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРОКОВ ОБСЛУЖИВАНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Решение относится к электротехнике, в частности к бортовым системам контроля работоспособности и определения сроков обслуживания аккумуляторных батарей.
Известна автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей содержащая ЭВМ, подключенную к внешней системе управления объектом, принтер, сигнальное устройство, устройство контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи, включающее блок обработки информации, датчик напряжения и датчик тока, эталонный источник напряжения. Аккумуляторная батарея через датчик тока подключена к нагрузке и одновременно к зарядному устройству аккумуляторной батареи, а устройства контроля параметров аккумуляторов установлены на каждой банке аккумуляторной батареи (патент РФ №2283504, МПК: G01R 31/36, опубликовано 10.09.2006 г.) - прототип.
Недостатком известного решения является низкая надежность из-за наличия большого количества датчиков системы их подключения, которая может приводить к внутренним коротким замыканиям. Такое количество датчиков сильно удорожает систему питания.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение надежности и достоверности определения периодичности технического обслуживания аккумуляторной батареи, при одновременной оптимизации данного процесса.
Указанный технический результат достигается тем, что система контроля и определения сроков обслуживания аккумуляторной батареи содержащая аккумуляторную батарею, связанную с датчиками тока и напряжения, блоком обработки информации с них, блоком контроля заряда аккумуляторной батареи и устройством отображения информации, содержит счетно-решающее устройство, выполненное с возможностью определения ампер-часов перезаряда аккумуляторной батареи, входами связанное с блоком обработки информации и с блоком контроля заряда аккумуляторной батареи, а выходами - с устройством отображения информации и с зарядным устройством аккумуляторной батареи.
Система, характеризующаяся тем, что может содержать блок вывода информации для связи с внешними устройствами, вход которого соединен с дополнительным выходом счетно-решающего устройства.
Система, характеризующаяся тем, что счетно-решающее устройство может содержать расчетный блок, блок передачи данных по радиоканалу и блок энергонезависимой памяти.
Система, характеризующаяся тем, что устройство отображения информации выполнено в виде дисплея.
В настоящее время основное применение аккумуляторных батарей это работа их как аварийных источников питания в режиме постоянного поддержания рабочего состояния аккумуляторных батарей. Неотъемлемая часть системы питания - датчики тока, напряжения, температуры и уровня электролита в каждом элементе (аккумуляторе) аккумуляторной батареи. Такое большое количество датчиков, цепей их подключения и обработки информации с них очень сильно снижают надежность системы в целом. Аккумуляторы, поставляемые в настоящее время промышленностью, имеют достаточно высокое качество и незначительный разброс параметров. Этот фактор позволяет уменьшать число датчиков и количество выдаваемой ими информации для достоверного определения состояния аккумуляторной батареи и, следовательно, для определения периодичности ее технического обслуживания.
3
Периодичность обслуживания аккумуляторной батареи обусловлена необходимостью определения и контроля рабочего уровня электролита в аккумуляторной батарее (аккумуляторе) и его восполнения. Снижение уровня электролита происходит в результате разложения воды, содержащейся в электролите. Процесс разложения воды наблюдается в результате перезаряда аккумулятора. Количество израсходованной воды можно определить из уравнения Фарадея, в соответствии с которым каждый амперчас перезаряда раскладывает 0,366 см воды. Для каждого типа аккумуляторов можно определить зависимость расхода воды от температуры, напряжения и перезаряда (амперчасов).
Основным фактором, определяющим периодичность обслуживания аккумуляторов является объем (уровень) электролита, а именно, минимально или максимально допустимый рабочий объем или уровень электролита в соответствии с требованиями эксплуатации данного устройства (аккумуляторной батареи). Уровень или объем электролита в аккумуляторных батареях устанавливается в соответствии с требованиями эксплуатации и поддержания в установленных пределах, на протяжении всего срока службы, так как понижение объема ниже минимально допустимого приводит к уменьшению емкости аккумуляторов, что, в свою очередь, приводит к образованию проводящего слоя на крышке аккумулятора, увеличению саморазряда и даже к замыканию выводов.
Оптимизация сроков контроля является одной из основных задач технического обслуживания аккумулятора. Периодичность обслуживания аккумуляторной батареи (аккумулятора) определяется необходимостью контроля объема или, что тоже самое, уровня электролита и корректировки уровня при достижении минимально допустимого значения. В настоящее время он контролируется периодическими проверками при техосмотрах или специальными датчиками, установленными в элементы батареи.
Заявляемое устройство конкретизировано на фиг.1 и 2, где на фиг.1 показана принципиальная схема устройства, а на фиг.2 - вариант выполнения устройства в случае, когда счетно-решающее устройство содержит расчетный блок, блок передачи данных по радиоканалу и блок энергонезависимой памяти.
Заявляемая система содержит аккумуляторную батарею 1, выходами связанную с датчиком тока 2 и датчиком напряжения 3, а входом с зарядным устройством 4. Выходы датчиков тока 2 и напряжения 3 связаны с входом блока обработки информации 5, один из выходов которого связан с одним из входов счетно-решающего устройства 6, другой вход счетно-решающего устройства 6 связан с входом устройства контроля заряда 7, которое также связано с блоком обработки информации 5. Выходы счетно-решающего устройства связаны: первый выход - с устройством отображения информации 8, например, дисплеем, а второй выход - с зарядным устройством 4 аккумуляторной батареи 1. В случае целесообразности подачи информации на внешние сторонние объекты (например, автоматизированное рабочее место диспетчера), система может содержать блок вывода информации для связи с внешними устройствами 9, который, в этом случае, входом связан с дополнительным (еще одним) выходом счетно-решающего устройства 6.
Одним из возможных вариантов счетно-решающего устройства является следующий: счетно-решающее устройство 6 содержит связанные между собой расчетный блок 10, блок передачи данных по радиоканалу 11 и блок энергонезависимой памяти 12. Входы блока 10 связаны с устройством контроля заряда 7 и с блоком обработки информации 5. Выходы блока 10 связаны с дисплеем 8, с входами блока передачи данных по радиоканалу 11 и блока энергонезависимой памяти 12. Второй вход блока 11 связан с выходом блока 12, а его выходы связаны также с блоком вывода информации для связи с внешними устройствами 8 и с входом зарядного устройства аккумуляторной батареи (аккумулятора) 4. Блок 12 входом связан с выходом блока 10, а выходом - с входом блока 11.
Блок 10 представляет собой интегральную микросхему с вычислительным процессором, который осуществляет обработку информации о первоначальном уровне электролита или ампер-часов для его разложения, полученной от датчиков тока и напряжения по заложенным в него алгоритмам. Алгоритмическое и программное обеспечение блока 10 разрабатывается совместимым с программным обеспечением других систем посредством применения согласованных протоколов обмена информацией по внутренним каналам связи. Прикладное программное обеспечение должно обеспечивать прием информации, ее декодирование, отработку алгоритмов, передачу результатов решения для дальнейшего использования.
Блок 12 формирует состав посылки, которая может быть передана по одному (или нескольким) каналам связи. По прибытию в депо или проследовании определенных участков пути, обеспечивающих наличие связи по существующим каналам, блок 10 передает накопленную информацию заинтересованным службам.
Информация по текущему техническому состоянию аккумуляторной батареи сохраняется в энергонезависимой памяти - блок 12, для возможности последующего использования в комплексной бортовой диагностической системе.
Приведенный выше вариант выполнения системы (с блоками 10, 11 и 12) не является единственно возможной схемой реализации, так как устройство может содержать, например, блок формирования задания на ремонт (на долив электролита), блок прогнозирования (расчета остаточного ресурса) и т.д., но не содержать блок 11 - передачи данных по радиоканалу. Конкретное наполнение системы зависит от многих параметров, например, от условий работы аккумуляторной батареи, их габаритов и т.д. и определяется в каждом конкретном случае.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
В начальный момент ввода в эксплуатацию аккумуляторной батареи 1 фиксируется уровень запаса электролита (его объем). По этой величине для условий, в которых он будет работать, определяют количество ампер-часов перезаряда для его разложения или количество часов для разложения этого же объема электролита при фиксированном значении напряжения работы батареи. Причем эти параметры многие заводы изготовители предоставляют, в противном случае проводятся испытания опытной партии по их определению. Для определения объема разложенного электролита с установленных на батарее датчиках тока 2 и напряжения 3 снимается информация, которая через блок обработки информации 5 и устройство контроля заряда 7 поступает в счетно-решающее устройство 6, где, например, в блоке 10 сравнивается с установленными значениями начала разложения электролита и в дальнейшем ведется учет часов нахождения батареи в этом режиме. Счетно-решающее устройство 6 содержит информацию о первоначальном уровне электролита или ампер-часов для его разложения, и сравнивает реальное напряжение на батарее с напряжением начала разложения электролита или газовыделения и дает команду на подсчет часов работы в таком режиме при равенстве или превышении этого уровня. В блоке 10 проводится оценочный расчет остаточного ресурса аккумуляторной батареи, то есть определяется техническое состояние аккумуляторной батареи с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени. Цель работы блока состоит, в том числе, в определении с заданной вероятностью интервала времени (ресурса), в течение которого сохранится работоспособное состояние объекта (уровня или объема электролита в нем), и вероятности сохранения работоспособного состояния объекта в заданном интервале времени.
По прибытию в депо или проследовании определенных участков пути, обеспечивающих наличие связи по существующим каналам, в случае такой необходимости, блок 11 передает накопленную информацию заинтересованным службам. Информация, передаваемая по радиоканалу, содержит: остаточный ресурс батареи, дату и время передачи, идентификатор локомотива. При передаче по радиоканалу применяется избыточное кодирование, обеспечивающее подавление одиночных и выявления множественных ошибок. Программное обеспечение блока 11 позволяет производить формирование задания на ремонт, при этом учитывая все требования, предъявляемые к заполнению журналов формы ТУ-152.
Энергонезависимая память (блок 12) обеспечивает хранение информации. Хранение данных организовано в виде стека. При записи информации применяется избыточное кодирование, обеспечивающее подавление одиночных и выявления множественных ошибок. В состав блока входят средства диагностирования технического состояния энергонезависимой памяти. Также обеспечивается возможность доступа к данным с пульта управления. Блок оснащается интерфейсными модулями, которые позволяют считывать и анализировать информацию при демонтаже устройства и ремонте в стационарных условиях.
Таким образом, при работе заявляемой системы, осуществляется суммирование часов работы батареи в режиме подзаряда при напряжении, превышающем напряжение начала разложения электролита, выдается сигнал о достижении определенной ранее предельной величины суммы часов необходимых для разложения запасного объема электролита и выдается информация о необходимости проведения технического обслуживания батареи, которое осуществляют использованием устройства заряда аккумуляторной батареи.