ИЗМЕРИТЕЛЬ ОСТАТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ АККУМУЛЯТОРА
MEASURING INSTRUMENT OF RESIDUAL ENERGY OF ACCUMULATOR

Изобретение относится к области техники измерений, конкретно к способам определения остаточной емкости аккумулятора.
Известно устройство для определения параметров свинцового аккумулятора (см. патент РФ №2127010, опубл. 27.02.1999), содержащее блок обработки результатов измерений с оперативной памятью, памятью программ и энергонезависимой памятью с электрическим стиранием, измеритель уровня электролита, цифровой вольтметр с аналого-цифровым преобразователем, интерфейсным блоком, модулем гальванической развязки и блоком питания. Основными недостатками данного устройства являются необходимость установки терморезисторов внутрь тестируемого аккумулятора, что невозможно в случае применения герметичных необслуживаемых аккумуляторов, невозможность автоматического (без участия человека) измерения емкости и остаточного заряда, низкая точность измерения остаточного заряда.
Техническим результатом является повышение точности измерения остаточной энергии аккумулятора, отсутствие необходимости внесения изменений в конструкцию аккумулятора, уменьшение ошибки измерения, накапливающейся со временем, если аккумулятор работает в режиме частичного заряда и частичного разряда. Технический результат достигается введением блока учета саморазряда и двух температурных корректоров.
Предлагается измеритель остаточной энергии аккумулятора, который содержит последовательно соединенные шунт 1, операционный усилитель 2, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, масштабный делитель 4, первый температурный корректор 5, сумматор 6, триггер 7, вычислитель среднего значения 8, счетчик 9 энергии, вычислитель 10 заряда и индикатор 11. Выходы таймера 12 связаны со входами сумматора 6, триггера 7, счетчика 9 энергии, вычислителя 13 саморазряда и вычислителя 10 заряда.
Выход вычислителя 13 саморазряда соединен со входом счетчика 9 энергии. Также устройство содержит последовательно соединенные резистивный делитель 14, второй АЦП 15 и второй температурный корректор 16. В составе устройства присутствует датчик 17 температуры, выход которого соединен со входами первого температурного корректора 5, второго температурного корректора 16 и вычислителя 13 саморазряда. Выходы логических устройств первого 18 и второго 19 соединены со входом счетчика 9 энергии, а входы с выходами первого 5 и второго 16 температурных корректоров.
На первом этапе работы измерителя определяется общая емкость по результатам полного цикла заряд-разряд. На втором этапе вычисляется величина саморазряда за сутки. Для этого после полного заряда через 24 часа проводят разряд, вычисляя количество отданной энергии. Разница между циклами заряд-разряд с промежутком в сутки и заряд-разряд без перерыва и будет суточной величиной саморазряда. После полной зарядки аккумулятора, в процессе последующего разряда, во время работы на штатную нагрузку, интегрируется разрядный ток, с учетом температурной компенсации, к разрядному току прибавляется вычисленная ранее величина саморазряда. Зная общую емкость аккумулятора, вычисляется остаточная емкость.
Устройство работает следующим образом.
Зарядный или разрядный ток измеряется шунтом 1, сигнал с которого усиливается операционным усилителем 2, переводится в цифровой код с помощью первого АЦП 3. Данные с первого АЦП 3 поступают на масштабный делитель 4, далее полученное значение обрабатывается первым температурным корректором 5 по формуле
если температура выше 20°С
П
И
I=(1,05-0,0025·t)·I,
если температура в пределах от 0°С до 20°С
П
И
I=(1,15-0,0075·t)·I,
если температура ниже 0°С
П
И
I=(1,15-0,0125·t)·I,
где Iп - ток, приведенный к температуре 20°С,
Iи - измеренный ток,
t - температура.
Температура измеряется датчиком температуры 17. В сумматоре 6 осуществляется суммирование сигналов и по сигналу с таймера 12 значение фиксируется в триггере 7, вычисляется среднее значение в вычислителе 8. Раз в секунду по сигналу с таймера 12 в счетчике 9 энергии происходит увеличение или уменьшение значения, в зависимости от направления тока. Также по сигналу с таймера 12 в вычислителе 10 заряда происходят подсчет значения остаточного заряда и отображение полученного значения на индикаторе 11. Вычислитель 13 саморазряда, соединенный с таймером 12 и счетчиком 9 энергии, производит вычисление по следующей формуле:
p
Q=Q-C·0.00225·t,
где - Q остаточный заряд,
Ср - реальная емкость,
t - температура.
Причем, если температура меньше 0°С, саморазряд не вычисляется.
На резистивном делителе 14 происходит пропорциональное уменьшение напряжения, приводящее его уровень к границам рабочего диапазона второго АЦП 15, далее оцифрованный сигнал корректируется с учетом сигнала с датчика 17 температуры по формуле
П
И
U=(20-t)·0,003·N+U,
где Uп - напряжение, приведенное к температуре 20°С,
Uи - измеренное напряжение,
N - число элементов,
0,003 - температурный коэффициент.
Первое логическое устройство 18 предназначено для определения момента, когда аккумулятор полностью разряжен, по цифровым сигналам тока и напряжения. А второе логическое устройство 19 служит для определения момента, когда аккумулятор полностью заряжен. В этом случае происходит перерасчет реальной емкости по формуле
<mrow><msub><mi>C</mi><mi>p</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>C</mi><mrow><mi>p</mi><mi>n</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mfrac><mi>Q</mi><mrow><mn>100</mn></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>C</mi><mrow><mi>p</mi><mi>n</mi></mrow></msub></mrow>
где Q - остаточный заряд,
рп
С - реальная емкость, полученная в предыдущем цикле измерения,
р
С - реальная емкость.
Техническим результатом является повышение точности измерения остаточной энергии аккумулятора, отсутствие необходимости внесения изменений в конструкцию аккумулятора, уменьшение ошибки измерения, накапливающейся со временем, если аккумулятор работает в режиме частичного заряда и частичного разряда. Технический результат достигается введением блока учета саморазряда и двух температурных корректоров.