Устройство для определения фактической емкости аккумуляторных батарей

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для определения емкости аккумуляторных батарей, преимущественно герметизированных свинцово-кислотных, применяемых в различных технических устройствах и системах.
Основным показателем исправности аккумуляторных батарей является емкость. Известен способ ее определения путем заряд-разряда, однако данный способ является трудоемким и не позволяет проводить оперативную диагностику. С точки зрения диагностирования батарей гораздо больший интерес представляет внутреннее сопротивление, по величине которой можно достаточно точно с минимальными затратами определить емкость аккумуляторных батарей.
Патентный поиск по соответствующим классам (МПК G01R31/00, H01M 10/48) показал, что наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является «Устройство определения энергоресурса аккумуляторных батарей» (патент РФ №2279162 от 13.01.2005г.) [1], которое принято за прототип.
Устройство включает в себя цифровой генератор инфранизкой частоты, компенсирующее устройство, преобразователь напряжение - код, регистр результата, источник опорного напряжения. Работа устройства синхронизируется по импульсам от цифрового генератора инфранизкой частоты. Устройство измеряет реактивное сопротивление аккумуляторной батареи, для чего в момент времени , соответствующий нулевому значению эталонного тока , например при положительной полуволне напряжения , протекающего через батарею, производится измерение величины  при помощи преобразователя напряжение – код последовательного счета со ступенчато растущим напряжением обратной связи, работающего в одностороннем неследящем режиме. Исключение неточности компенсации, вносимой компенсирующим устройством, осуществляется путем вычитания с учетом своего знака из результата измерения , полученного в момент времени  результата аналогичного измерения  для момента времени , но уже при противоположной полярности измеряемого напряжения. Измеряемая величина пропорциональна показаниям регистра результата, выражена в долях от протекающего через батарею тока и соответствует кодовому значению реактивного сопротивления, соответствующего фактической емкости батареи. Таблица соответствия кодового значения реактивного сопротивления фактической емкости батареи содержится в памяти регистра результата.
Основным недостатком устройства является его ограниченное применение, обусловленное стационарными условиями, ввиду отсутствия встроенных средств измерения температуры батареи. Известно, что емкость батареи существенно зависит от окружающей температуры. Для ее достоверной оценки необходимо измерить температуру батареи и привести ее емкость к =(25±2)°С при помощи соответствующих поправочных температурных коэффициентов [2, 3]. Механические измерения температуры увеличивают время измерений и снижают уровень автоматизации процесса в целом. К тому же при конечных расчетах обслуживающим персоналом могут быть внесены непроизвольные ошибки, обусловленные человеческим фактором.
Технический результат предлагаемой полезной модели направлен на повышение уровня автоматизации определения емкости аккумуляторных батарей в различных условиях эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая полезная модель «Устройство для определения фактической емкости аккумуляторных батарей», содержащее цифровой генератор инфранизкой частоты, измеритель, состоящий из компенсирующего устройства, преобразователя напряжение – код, регистра результата и источника опорного питания, термопару, например типа хромель-копель, встроенную в зажим устройства, предназначенный для подключения к отрицательному выводу аккумуляторной батареи, дополнительный преобразователь напряжение – код, ко входу которого подключена термопара, а выход соединен с дополнительным кодовым входом регистра результата, где помимо таблицы соответствия кодового значения реактивного сопротивления фактическому значению остаточной емкости батареи, содержится таблица соответствия кодовых значений поправочным коэффициентам для различных температур, и осуществляется произведение полученного кодового значения реактивного сопротивления на кодовое значение поправочного температурного коэффициента, соответствующего определенной температуре.
Отличительными признаками предлагаемого устройства является наличие термопары, например типа хромель-копель, встроенной в зажим устройства, предназначенный для подключения к отрицательному выводу аккумуляторной батареи, наличие второго преобразователя напряжение – код, предназначенного для преобразования напряжения, поступающего с термопары, в кодовое значение и дополнительный кодовый вход у регистра результатов, в памяти которого помимо таблицы соответствия кодового значения реактивного сопротивления фактическому значению остаточной емкости батареи, содержится таблица соответствия кодовых значений поправочным коэффициентам для различных температур, и осуществляется произведение полученного кодового значения реактивного сопротивления на кодовое значение поправочного температурного коэффициента, соответствующего определенной температуре. Структурная электрическая схема предлагаемого устройства представлена на рисунке и включает:
диагностируемую аккумуляторную батарею 1;
цифровой генератор инфранизкой частоты 2;
компенсирующее устройство 3;
преобразователь напряжение - код 4;
регистр результата 5;
источник опорного питания 6;
термопара 7;
второй преобразователь напряжение - код 8.
Принцип измерения реактивного сопротивления предлагаемого устройства аналогичен прототипу. Измеритель включает в себя компенсирующее устройство 3, преобразователь напряжение – код 4, регистр результата 5, источник опорного питания 6. В момент измерения реактивного сопротивления, термоэлектродвижущая сила, возникающая в термопаре 7, встроенной в зажим, предназначенный для подключения к отрицательному выводу аккумуляторной батареи 1, преобразуется при помощи второго преобразователя напряжение – код 8 в кодовое значение и поступает на дополнительный кодовый вход регистра результата 5. В регистре результата 5 производится умножение кодового значения температуры на кодовое значение реактивного сопротивления. Полученные таким образом кодовые значения, хранящиеся в памяти регистра результата 5, будут соответствовать фактическим емкостям батарей, но уже с учетом поправочных температурных коэффициентов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Пат. 2279162 Российская Федерация, МПК H01M10/48, G01R31/36 Устройство определения энергоресурса аккумуляторных батарей [Текст] / Крылов С.К., Капелько К.В., Буланов Р.Н., Бердников А.Ю., Подунов Д.В., Сучков В.П., заявитель и патентообладатель Воен. Акад. РВСН им. Петра Великого. – № 2005100370/09, заявл. 13.01.2005; опубл. 27.06.2006 Бюл. №18. – 5 с. : ил.
2. ГОСТ Р 53165-2008. Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия. – введ. 2008-12-18. – М.: Стандартинформ, 2009. – 33 с.
3. ГОСТ Р МЭК 60896-21-2013. Батареи свинцово-кислотные стационарные. Часть 21. Типы с регулирующим клапаном. Методы испытаний. – введ. 2013-11-22. – М.: Стандартинформ, 2014. – 35 с.