RU160681U1 - Импульсно-релаксационное устройство оценки параметров никель-кадмиевых аккумуляторов - Google Patents
Импульсно-релаксационное устройство оценки параметров никель-кадмиевых аккумуляторов Download PDFInfo
- Publication number
- RU160681U1 RU160681U1 RU2015151778/28U RU2015151778U RU160681U1 RU 160681 U1 RU160681 U1 RU 160681U1 RU 2015151778/28 U RU2015151778/28 U RU 2015151778/28U RU 2015151778 U RU2015151778 U RU 2015151778U RU 160681 U1 RU160681 U1 RU 160681U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- unit
- calculator
- control unit
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Импульсно-релаксационное устройство оценки параметров никель-кадмиевых аккумуляторов, находящихся в составе батареи, работающей в режиме буферного подзаряда, содержащее вычислитель, блок управления, блок отображения, блок состояния и кнопок, блок измерений, к двум выводам которого подключен контролируемый аккумулятор батареи, блок измерений, в свою очередь, своим входом и выходом подключен к блоку управления, к входу и выходу которого подключены блок состояния и кнопок, а также блок отображения, входы блоков состояния и кнопок, а также блока отображения подключены к выходам вычислителя, отличающееся тем, что введен управляемый стабилизатор напряжения, два вывода напряжения которого подключены к двум входам блока измерений, причем блок измерений выполнен с возможностью как измерения напряжения на контролируемом аккумуляторе, так и выдачи потенциостатического напряжения на него со стабилизатора напряжения, веден также блок памяти измеренных отсчетов, подключенный своим выходом к вычислителю, а двумя входами к блоку измерений и блоку управления, причем блок управления дополнен возможностью формирования интервалов времени, через которые блок измерений измеряет значения отсчетов потенциостатического токаи записывает их в блок памяти измеренных отсчетов, откуда их выбирает вычислитель и рассчитывает текущие параметры никель-кадмиевого аккумулятора (остаточную емкость, сопротивление постоянному и переменному токам) по формулам, введен блок параметров модели, выход которого подключен к вычислителю, а два входа к блоку управления и подключаемой ЭВМ верхнего уровня в режиме обучения, причем вычислитель дополнен возм
Description
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам измерения, контроля и диагностики химических источников тока, в частности, никель-кадмиевых аккумуляторов находящихся в составе батареи и работающих в режиме буферного подзаряда.
При длительном сроке эксплуатации или нахождении аккумуляторов в буферном режиме подзаряда в системах аварийного электроснабжения происходит их естественная неоднородная деградация в батареи, приводящая к ограничению и снижению емкости как отдельных аккумуляторов, так и всей аккумуляторной батареи в целом. Для оценки уровня деградации необходимо периодически измерять основные эксплуатационные параметры отдельных аккумуляторов, к которым относятся: остаточная емкость аккумулятора, внутреннее сопротивление аккумулятора переменному току, сопротивление постоянному току.
Известно устройство для определения остаточной емкости аккумуляторной батареи (А.с. СССР №1619360, H01M 10/48, 1991 г.), где аккумуляторную батарею подключают к тестовой нагрузке и, измеряя напряжение до и после подключения нагрузки вычисляют по формулам коэффициент разряженности аккумуляторной батареи (АКБ). Недостатками устройства являются:
- неточность определения емкости, так она сводится практически к определению внутреннего сопротивления АКБ, а данная величина существенно нелинейная и зависит от большого числа факторов напрямую не связанных с остаточной емкостью;
- необходим разряд аккумулятора достаточно большими импульсными токами, что может привести к выходу из строя тестируемого аккумулятора.
Известно устройство для измерения электрической емкости химических источников тока (Патент РФ №2354985, G01R 31/36, 2007 г.) включающее измеряемый химический источник тока, ключи на замыкание цепи на конденсатор известной емкости, блоки подсчета времени, вычислитель и цепи управления. Расчет остаточной емкости осуществляется по формуле на основе измеренного времени заряда конденсатора известной емкости. Недостатки устройства:
- реализация прямой коммутации конденсатора к полюсам контролируемого аккумулятора может привести к выходу его из строя и не безопасно с точки зрения возникновения пожара;
- необходимость демонтажа контролируемого аккумулятора из батареи.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели (прототипом) является устройство для оценки остаточного заряда аккумулятора или батареи (патент US №6313607 от 09.01.1999 г.), содержащее блок управления с подключенными блоком измерения, формирующим гармонические сигналы воздействия, регистрирующим ответные сигналы отклика и вычислителем, реализующим расчет внутренних параметров аккумулятора по сформированным и измеренным сигналам, к которому подключен блок отображения информации для вывода рассчитанных значений остаточной емкости аккумулятора. При этом на аккумулятор подается зондирующее напряжение или ток и по полученным ответным значениям тока или напряжения вычисляется значение остаточной емкости в соответствии с эквивалентной схемой замещения по переменному току. По сути, в устройстве реализуется измерение внутренних реактивных сопротивлений аккумулятора переменному току. Значениям этих сопротивлений ставится в соответствие остаточная емкость аккумулятора. Недостатки устройства:
- сложность схемы устройства из-за реализации частотно-изменяемого гармонического сигнала воздействия;
- вычислительная сложность оценки внутренних параметров схемы замещения аккумулятора по переменному току;
- неточность оценки остаточной емкости аккумулятора из-за сложной зависимости ее от измеряемых и вычисляемых параметров по переменному току;
- необходимость демонтажа аккумулятора из батареи для оценки остаточного заряда.
Перед авторами стояла задача построения устройства оценки параметров отдельных негерметичных никель-кадмиевых аккумуляторов, собранных в батарею и находящихся в рабочем (буферном) состоянии без их демонтажа из батареи. Количественно оцениваться должны следующие параметры: величина остаточной емкости с учетом степени деградации; внутренние сопротивления аккумулятора переменному и постоянному току.
Задача оценки текущей емкости и других параметров с учетом уровня деградации отдельных аккумуляторов решается на основе импульсно-релаксационного подхода, суть которого заключается в измерении изменяющегося во времени тока отклика аккумулятора, при подаче на него фиксированных внешних потенциостатических воздействиях и путем проведения вычислений по формулам с учетом характера изменения во времени отклика для оценки основных эксплуатационных параметров аккумулятора.
Такой подход позволяет более точно количественно судить, как об остаточной емкости батареи, так и о других параметрах аккумулятора, с учетом деградации, так как именно реактивные элементы модели аккумулятора описывают динамику изменения тока (переходный процесс) и как известно, наиболее полно характеризует главный контролируемый параметр - остаточную емкость с учетом степени деградации. Использование потенциостатического воздействия не большой величины (0,05-0,50 B) относительно напряжение разомкнутой цепи или зарядного буферного напряжения аккумулятора не требует громоздких, сложных и мощных внешних источников напряжения. Достаточно устойчивое и существенное изменение тока аккумулятора при этом потенциостатическом воздействии позволяет реализовывать хорошо обусловленные математические модели параметров аккумулятора от измеренных во времени токовых значений и получать приемлемую точность оценки параметров (относительная погрешность не более 3-5%).
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена зависимость потенциостатического тока от времени и указаны моменты времени, в которые измеряются требуемые для расчетов отсчеты тока.
Согласно импульсно-релаксационному подходу, реализованному в устройстве, основные параметры аккумулятора определяются по следующим формулам:
где R − оценка внутреннего сопротивления аккумулятора переменному току; R − оценка сопротивления постоянному току; Q − оценка остаточной емкости аккумулятора; − приращение потенциостатического напряжения; I, I, I, I − значение тока аккумулятора, измеренные в моменты времени ; , , , , − коэффициенты множественной регрессии (математической модели), полученные для заданного аккумулятора заранее.
Для определения коэффициентов модели , , , , перед началом эксплуатации устройства однократно для конкретного типа аккумулятора осуществляют обучение. При этом используется обучающая выборка для данного типа аккумулятора полученная опытным путем, представляющая собой набор из следующих пар измерений , где - набор конкретного значения остаточной емкости аккумулятора и соответствующий данной емкости отсчеты тока . Число наборов N>4 выбирается таким, чтобы покрыть весь рабочий диапазон изменения остаточной емкости аккумулятора.
По обучающей выборке составляется система уравнений для параметрической идентификации множественной регрессии:
Решение получают с использование метода наименьших квадратов. Как показали вычислительные эксперименты, данная задача не является плохо обусловленной и модель обеспечивает достаточную точность оценки остаточной емкости.
На фиг. 2 представлена структурная схема импульсно-релаксационного устройства 1 оценки параметров никель-кадмиевых аккумуляторов, подключенная к элементу контролируемой батареи 2, находящейся в режиме буферной подзарядки.
Устройство 1 содержит управляемый стабилизатор напряжения 7, два вывода напряжения, которого подключены к двум входам блока измерений 5, а вход его к блоку управления 3, блок памяти измеренных отсчетов 6, первый вход которого подключен к блоку измерений 5, второй вход к блоку управления 3, а выход к вычислителю 4, блок параметров модели 8, выход которого подключен к вычислителю 4, два входа подключены, соответственно, к блоку управления 3 и к внешней ЭВМ в режиме обучения, блок отображения 9, два входа которого подключены, соответственно, к блоку управления 3 и вычислителю 4, блок состояния и кнопок 10, выход которого подключен к блоку управления 3, а вход к вычислителю 4, контролируемый аккумулятор 12 батареи 2 подключен своими двумя выводами к третьему и четвертому выводам блока измерений 5, в свою очередь, блок измерений 5 своим входом и выходом также подключен к блоку управления 3.
Контролируемая батарея 2 в буферном режиме работы содержит большое количество последовательно соединенных аккумуляторов, на схеме для простоты показаны три аккумулятора 11, 12 и 13 и устройство буферного подзаряда 14.
Устройство работает следующим образом. Блок управления 3, получив сигнал от оператора через блок состояния и кнопок 10, начинает формировать команду управления для блока измерений 5. По этой команде блок измерений 5, измеряет текущее напряжение на контролируемом аккумуляторе 12, батареи 2, работающей в режиме буферного подзаряда от устройства 14 и измеренное значение передает в блок управления 3. Блок управления 3, определяет требуемое значение приращения потенциостатического напряжения на аккумуляторе и передает в управляемый стабилизатор напряжения 7 значение потенциостатического напряжения , которое формируется им для контролируемого аккумулятора 12. Через блок измерений 5 напряжение , в форме ступенчатого импульса подается на тестируемый аккумулятор 12 батареи 2 и вызывает в цепи аккумулятора 12 потенциостатический ток . Блок управления 3 начинает отсчет времени и через интервалы времени (3, 6 и 30 секунд) подает сигналы в блок измерений 5 для измерения отсчетов , протекающего через аккумулятор 12 тока . Начальное , и измеренные отсчеты тока передаются блоком измерений 5 и сохраняются в блоке памяти измеренных отсчетов 6. Вычислитель 4 по команде из блока управления 3, и используя измеренные отсчеты тока из блока памяти измеренных отсчетов 6 реализует расчет и оценку основных параметров аккумулятора 12 по формулам приведенным выше. В расчете используются параметры модели , читаемые вычислителем 4 из блока параметров модели 8. Эти параметры зависят от типа контролируемого аккумулятора и заносятся в блок параметров модели 8 однократно перед началом использования устройства, как справочные данные с использованием блока состояния и кнопок 10 через блок управления 3 или загружаются непосредственно с ЭВМ верхнего уровня. Таким образом, устройство 1 может адаптивно подстраиваться под тип контролируемого аккумулятора. Рассчитанные значения параметров аккумулятора 12 высвечиваются оператору на блоке отображения 9. Таким образом, реализуется полный цикл измерения и далее можно осуществлять контроль следующего аккумулятора в батареи. Весь процесс контроля аккумулятора осуществляется за время порядка 30 секунд, что обеспечивает оперативность контроль. Значение контрольных моментов времени измерения сохраняются для аккумуляторов с большим разбросом емкости.
Claims (1)
- Импульсно-релаксационное устройство оценки параметров никель-кадмиевых аккумуляторов, находящихся в составе батареи, работающей в режиме буферного подзаряда, содержащее вычислитель, блок управления, блок отображения, блок состояния и кнопок, блок измерений, к двум выводам которого подключен контролируемый аккумулятор батареи, блок измерений, в свою очередь, своим входом и выходом подключен к блоку управления, к входу и выходу которого подключены блок состояния и кнопок, а также блок отображения, входы блоков состояния и кнопок, а также блока отображения подключены к выходам вычислителя, отличающееся тем, что введен управляемый стабилизатор напряжения, два вывода напряжения которого подключены к двум входам блока измерений, причем блок измерений выполнен с возможностью как измерения напряжения на контролируемом аккумуляторе, так и выдачи потенциостатического напряжения на него со стабилизатора напряжения, веден также блок памяти измеренных отсчетов, подключенный своим выходом к вычислителю, а двумя входами к блоку измерений и блоку управления, причем блок управления дополнен возможностью формирования интервалов времени
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015151778/28U RU160681U1 (ru) | 2015-12-02 | 2015-12-02 | Импульсно-релаксационное устройство оценки параметров никель-кадмиевых аккумуляторов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015151778/28U RU160681U1 (ru) | 2015-12-02 | 2015-12-02 | Импульсно-релаксационное устройство оценки параметров никель-кадмиевых аккумуляторов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU160681U1 true RU160681U1 (ru) | 2016-03-27 |
Family
ID=55659504
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015151778/28U RU160681U1 (ru) | 2015-12-02 | 2015-12-02 | Импульсно-релаксационное устройство оценки параметров никель-кадмиевых аккумуляторов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU160681U1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU187703U1 (ru) * | 2018-11-26 | 2019-03-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Формирователь команд управления контрольно-испытательной станции для испытаний систем электропитания космических аппаратов |
RU2753085C1 (ru) * | 2020-12-09 | 2021-08-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Способ оценки технического состояния электрохимического источника тока и устройство, его реализующее |
RU2813345C1 (ru) * | 2022-11-16 | 2024-02-12 | Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Сахалинэнерго" (ПАО "Сахалинэнерго") | Способ проверки характеристик аккумуляторных батарей и устройство для его реализации |
-
2015
- 2015-12-02 RU RU2015151778/28U patent/RU160681U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU187703U1 (ru) * | 2018-11-26 | 2019-03-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Формирователь команд управления контрольно-испытательной станции для испытаний систем электропитания космических аппаратов |
RU2753085C1 (ru) * | 2020-12-09 | 2021-08-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Способ оценки технического состояния электрохимического источника тока и устройство, его реализующее |
RU2813345C1 (ru) * | 2022-11-16 | 2024-02-12 | Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Сахалинэнерго" (ПАО "Сахалинэнерго") | Способ проверки характеристик аккумуляторных батарей и устройство для его реализации |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11346888B2 (en) | System and method for sensing battery capacity | |
US10191118B2 (en) | Battery DC impedance measurement | |
WO2021197038A1 (zh) | 确定电池荷电状态的方法及装置,电池管理系统 | |
KR102543921B1 (ko) | 이완 전압들에 기반하여 모바일 장치에 대한 배터리 수명을 추정하는 방법 | |
US20170115355A1 (en) | Maximum capacity estimator for battery state of health and state of charge determinations | |
CN105334462B (zh) | 电池容量损失在线估算方法 | |
KR102502106B1 (ko) | 효율적인 배터리 테스터 | |
JP6238314B2 (ja) | 蓄電池劣化診断方法及び蓄電池劣化診断装置 | |
US10634728B2 (en) | Method and apparatus for detecting state of battery | |
CN109828218B (zh) | 电池动态电化学阻抗谱的获取方法 | |
CN104198949A (zh) | 一种电池健康状态检测方法 | |
KR20160113011A (ko) | 전지 잔량 예측 장치 및 배터리 팩 | |
RU2012149754A (ru) | Наблюдение за состоянием заряда аккумулятора | |
US10573936B2 (en) | Remaining battery life prediction device and battery pack | |
CN108120932B (zh) | 对充电电池的电池健康状态进行估算的方法和装置 | |
JPWO2016136788A1 (ja) | 電池劣化診断方法および電池劣化診断装置 | |
JP2015524048A (ja) | バッテリの充電状態の推定 | |
TW201428321A (zh) | 電池電量計量方法、計量裝置以及電池供電設備 | |
KR20160110221A (ko) | 전지 잔량 예측 장치 및 배터리 팩 | |
KR20150045600A (ko) | 배터리 시험기 및 그 제어방법 | |
RU160681U1 (ru) | Импульсно-релаксационное устройство оценки параметров никель-кадмиевых аккумуляторов | |
CN111179670B (zh) | 物理电学实验结果的量化方法、装置、终端和存储介质 | |
CN110794319A (zh) | 预测锂电池阻抗模型的参数的方法、装置及可读存储介质 | |
JP2013054003A (ja) | 蓄電池の交流インピーダンス測定方法と装置および寿命診断装置 | |
RU2794518C1 (ru) | Способ определения остаточной ёмкости химических источников тока |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160528 |