RU2265921C2 - System for diagnosing lead storage batteries - Google Patents
System for diagnosing lead storage batteries Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265921C2 RU2265921C2 RU2003135565/09A RU2003135565A RU2265921C2 RU 2265921 C2 RU2265921 C2 RU 2265921C2 RU 2003135565/09 A RU2003135565/09 A RU 2003135565/09A RU 2003135565 A RU2003135565 A RU 2003135565A RU 2265921 C2 RU2265921 C2 RU 2265921C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- sensors
- voltage
- microcontrollers
- electrolyte
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока, и может быть использовано для контроля технического состояния, диагностики и улучшения обслуживания, например, свинцовых аккумуляторов.The invention relates to electrical engineering, in particular to chemical current sources, and can be used to monitor the technical condition, diagnose and improve service, for example, lead-acid batteries.
Известна система диагностирования свинцовых аккумуляторных батарей (а.с.1783475(51), 5 G 05 В 23/02), содержащая блок обработки результатов измерений (БОРИ), датчики напряжения, по четыре датчика температуры электролита в каждом элементе АБ, первый из которых установлен ниже минимального уровня электролита, второй - в точке, соответствующей номинальному уровню, третий - на максимальном уровне, четвертый - выше максимального уровня электролита, а также управляемый усилитель для датчика тока, подключенного к первому АЦП. Все датчики температуры и напряжения через коммутатор подключены ко второму АЦП. Оба АЦП связаны с БОРИ. Целью указанного изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения плотности и уровня электролита. Указанное изобретение имеет следующие недостатки:A known system for diagnosing lead storage batteries (a.s.1783475 (51), 5 G 05 V 23/02), containing a block for processing measurement results (BORI), voltage sensors, four electrolyte temperature sensors in each battery element, the first of which is set below the minimum electrolyte level, the second is at the point corresponding to the nominal level, the third is at the maximum level, the fourth is above the maximum electrolyte level, as well as a controlled amplifier for the current sensor connected to the first ADC. All temperature and voltage sensors through the switch are connected to the second ADC. Both ADCs are associated with BORI. The aim of the invention is to expand the functionality by determining the density and level of electrolyte. The specified invention has the following disadvantages:
- определение плотности электролита по напряжению разомкнутой цепи (НРЦ), т.е. по ЭДС аккумулятора, требует длительного времени нахождения АБ в режиме «хранение» (не менее 24 часов после заряда);- determination of the density of the electrolyte by the voltage of the open circuit (NRC), i.e. by battery EMF, it requires a long time for the battery to be in the “storage” mode (at least 24 hours after charging);
- введение поправки к определенной по НРЦ плотности электролита путем интегрирования тока при разряде или при заряде АБ и расчет по величине отданной или полученной емкости (в ампер-часах), соответственно, уменьшения или увеличения плотности электролита приводит к накоплению ошибки при каждом повторении цикла «заряд - разряд АБ»;- the introduction of an amendment to the electrolyte density determined by the NRC by integrating the current during discharge or when the battery is charged and calculating the value of the given or received capacitance (in ampere-hours), respectively, of a decrease or increase in electrolyte density leads to an accumulation of error with each repetition of the “charge - battery discharge ";
- расчет уровня электролита по показаниям четырех датчиков температуры, установленных на разной высоте в аккумуляторе, требует наличия существенной разности температур электролита и воздушного пространства над поверхностью электролита. Однако такая разность температур практически может быть только при интенсивных токах разряда или заряда. В большинстве случаев ток, протекающий по АБ, сравнительно невелик и, кроме того, в месте раздела фаз отсутствует скачек температур, поэтому погрешность расчета уровня по разности температур будет высокой;- the calculation of the electrolyte level according to the readings of four temperature sensors installed at different heights in the battery requires a significant difference in the temperature of the electrolyte and the air space above the surface of the electrolyte. However, such a temperature difference can practically only occur at intense discharge or charge currents. In most cases, the current flowing along the AB is relatively small and, in addition, there is no jump in temperature at the interface, so the error in calculating the level from the temperature difference will be high;
- при длительном режиме «хранения» АБ, т.е. при отсутствии тока, температуры электролита и воздушного пространства над уровнем электролита выравниваются между собой, поэтому исключается возможность расчета уровня электролита указанным способом;- with long-term “storage” of the battery, i.e. in the absence of current, the temperature of the electrolyte and the air space above the level of the electrolyte are aligned with each other, so the possibility of calculating the level of electrolyte in this way is excluded;
- при искусственном создании разности температур, например, путем включения системы охлаждения и механического перемешивания электролита, возникает нестационарное изменение во времени температур, что приводит к зависимости рассчитанного значения уровня электролита от момента времени, в который были произведены измерения температур, т.е. к недостоверности результатов вычислений;- when artificially creating a temperature difference, for example, by turning on the cooling system and mechanical mixing of the electrolyte, an unsteady change in temperature occurs over time, which leads to a dependence of the calculated value of the electrolyte level on the point in time at which the temperature was measured, i.e. to the unreliability of the calculation results;
- в указанной системе все датчики напряжения и температуры, относящиеся к различным аккумуляторам батареи, подключены через коммутатор к одному АЦП, поэтому разность потенциалов между входными контактами коммутатора (при последовательном соединении до 120 аккумуляторов в батарею) может достигать 360 В и АЦП будет соответственно периодически попадать под изменяющийся потенциал относительно земли, что может привести к пробою изоляции не только коммутатора и АЦП, но и связанного с ним БОРИ. Кроме того, для соединения датчиков с одним коммутатором требуется большое количество соединительных линий.- in the indicated system, all voltage and temperature sensors related to various battery batteries are connected through the switch to one ADC, therefore the potential difference between the input contacts of the switch (when connecting up to 120 batteries in series to the battery) can reach 360 V and the ADC will periodically under the changing potential relative to the ground, which can lead to a breakdown of isolation not only of the switch and the ADC, but also of the associated BORI. In addition, a large number of trunk lines are required to connect sensors to a single switch.
Наиболее близким техническим решением к изобретению (прототипом) является устройство контроля аккумуляторной батареи (RU 940260055 А1, МПК Н 01 М 10/48, опубликовано 20.05.96). Устройство состоит из корпуса, внутри которого расположены электроды, пробка и клапан для предотвращения выливания электролита, а в пробку аккумулятора встроены датчики измерения: уровня, температуры и плотности электролита. Эти датчики подключены к системе измерения, состоящей из блока питания, системы сравнения, системы управления, системы индикации и сигнализации и высокочастотного усилителя.The closest technical solution to the invention (prototype) is a battery monitoring device (RU 940260055 A1, IPC H 01 M 10/48, published 05/20/96). The device consists of a housing, inside of which there are electrodes, a plug and a valve to prevent spillage of electrolyte, and measurement sensors are integrated into the battery plug: level, temperature and density of the electrolyte. These sensors are connected to a measurement system consisting of a power supply, a comparison system, a control system, an indication and alarm system, and a high-frequency amplifier.
В указанном устройстве обеспечивается повышение точности измерения плотности, температуры и уровня электролита по сравнению с описанным выше устройством. Однако для соединения датчиков с системой измерения также требуется большое количество соединительных линий. Кроме того, устройство не выполняет функции измерения тока, напряжения на аккумуляторах, напряжения между полюсами АБ и между каждым полюсом АБ и корпусом, по результатам измерений которых можно рассчитать сопротивление изоляции АБ.In the specified device provides an increase in the accuracy of measuring density, temperature and electrolyte level compared with the above device. However, a large number of connecting lines are also required to connect the sensors to the measurement system. In addition, the device does not perform the functions of measuring current, battery voltage, voltage between the poles of the battery and between each pole of the battery and the housing, the measurement results of which can calculate the insulation resistance of the battery.
Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей и надежности системы, а также на сокращение числа соединительных линий за счет того, что система, содержащая блок обработки результатов измерений, датчики температуры, плотности и уровня электролита в элементах АБ, дополнена датчиком тока АБ, датчиком напряжения АБ, поочередно подключающимся через коммутатор между полюсами АБ или между каждым полюсом АБ и корпусом, и датчиками напряжения на каждом аккумуляторе. Все датчики (напряжения на аккумуляторе, температуры, плотности и уровня электролита), относящиеся к одному элементу АБ, присоединены к микроконтроллеру, содержащему коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, установленному на крышке аккумулятора вместе с конвертором напряжения, обеспечивающим питание микроконтроллера и датчиков от обслуживаемого аккумулятора АБ. Датчики напряжения между полюсами АБ и тока АБ также снабжены микроконтроллерами. Все микроконтроллеры соединены через устройства гальванической развязки с моноканалом локальной вычислительной сети, образованным линией связи между первым и вторым последовательными портами контроллера, соединенного с блоком обработки результатов измерений.The invention is aimed at expanding the functionality and reliability of the system, as well as reducing the number of connecting lines due to the fact that the system containing the processing unit of the measurement results, temperature, density and electrolyte sensors in the battery cells is supplemented with a current sensor AB, voltage sensor AB, alternately connected through the switch between the poles of the battery or between each pole of the battery and the housing, and voltage sensors on each battery. All sensors (battery voltage, temperature, density and electrolyte level) related to one battery cell are connected to a microcontroller containing a switch, an analog-to-digital converter, and a microprocessor installed on the battery cover together with a voltage converter that provides power to the microcontroller and sensors from Served battery AB. The voltage sensors between the poles of the battery and the battery current are also equipped with microcontrollers. All microcontrollers are connected via galvanic isolation devices to the monochannel of the local area network, formed by the communication line between the first and second serial ports of the controller connected to the measurement processing unit.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемой системы диагностирования свинцовых аккумуляторных батарей.The drawing shows a structural diagram of the proposed system for the diagnosis of lead batteries.
Она состоит из блока обработки результатов измерений 1, контроллера локальной вычислительной сети (КЛВС) 2, датчика напряжения АБ 3, датчика тока АБ 4. Напряжение на каждом аккумуляторе измеряется с помощью датчика напряжения 5, а в электролит аккумулятора помещены датчики температуры (ДТ) 6, уровня (ДУ) 7 и плотности (ДП) 8 электролита. Датчик напряжения АБ с помощью коммутатора 9 поочередно подключается между полюсами АБ или между каждым полюсом АБ и корпусом (не показан). Выход коммутатора 9 соединен с микроконтроллером 10. Питание коммутатора 9 и микроконтроллера 10 осуществляется от конвертора напряжения 11. Датчик тока также соединен микроконтроллером 10, питаемым от конвертора напряжения 11. Все датчики (5, 6, 7, 8), относящиеся к одному аккумулятору, подключены к микроконтроллеру 10, установленному на крышке соответствующего аккумулятора вместе с конвертором напряжения 11, обеспечивающим питание микроконтроллера и датчиков от этого же аккумулятора АБ. Количество комплектов, состоящих из датчиков (5, 6, 7, 8), микроконтроллеров 10 и конверторов напряжения 11, соответствует числу аккумуляторов в батарее. Каждый микроконтроллер 10 системы снабжен устройством гальванической развязки 12, через которые они соединены с моноканалом локальной вычислительной сети 13, образованным линией связи между первым и вторым последовательными портами контроллера локальной вычислительной сети 2, который имеет двустороннюю связь с блоком обработки результатов измерений 1.It consists of a unit for processing measurement results 1, a local area network controller (LAN) 2, a voltage sensor AB 3, a current sensor AB 4. The voltage on each battery is measured using a voltage sensor 5, and temperature sensors (DT) are placed in the battery electrolyte 6 , level (ДУ) 7 and density (ДП) 8 of electrolyte. The voltage sensor AB using the switch 9 is alternately connected between the poles of the battery or between each pole of the battery and the housing (not shown). The output of the switch 9 is connected to the microcontroller 10. The power of the switch 9 and the microcontroller 10 is supplied from the voltage converter 11. The current sensor is also connected to the microcontroller 10, powered by the voltage converter 11. All sensors (5, 6, 7, 8) related to one battery, connected to the microcontroller 10 mounted on the cover of the corresponding battery together with a voltage converter 11, providing power to the microcontroller and sensors from the same battery AB. The number of sets consisting of sensors (5, 6, 7, 8), microcontrollers 10 and voltage converters 11 corresponds to the number of batteries in the battery. Each microcontroller 10 of the system is equipped with a galvanic isolation device 12, through which they are connected to the monochannel of the local area network 13, formed by the communication line between the first and second serial ports of the controller of the local area network 2, which has two-way communication with the processing unit 1.
Описываемая система осуществляет непосредственный контроль параметров: плотности, уровня и температуры электролита в аккумуляторах, напряжений на всех аккумуляторах, тока АБ, напряжения между полюсами АБ, или между каждым полюсом АБ и корпусом, по результатам измерений которых можно рассчитать сопротивление изоляции АБ. Микроконтроллеры 10 производят прием сигналов от датчиков, аналого-цифровое преобразование, предварительное сглаживание высокочастотных пульсаций, вызванных шумами в электронной схеме и внешними электромагнитными наводками, масштабирование и запоминание входных измерительных сигналов до получения команды от контроллера 2. По запросу контроллера 2 микроконтроллеры 10 преобразовывают измерительные данные в последовательный код и передают их через устройства гальванической развязки 12 в моноканал локальной вычислительной сети 13.The described system provides direct control of the parameters: density, level and temperature of the electrolyte in the batteries, voltages on all batteries, battery current, voltage between the battery poles, or between each battery pole and the housing, from the measurement results of which it is possible to calculate the insulation resistance of the battery. Microcontrollers 10 receive signals from sensors, analog-to-digital conversion, preliminary smoothing of high-frequency pulsations caused by noise in the electronic circuit and external electromagnetic interference, scaling and storing the input measurement signals before receiving a command from controller 2. At the request of the controller 2, microcontrollers 10 convert the measurement data into the serial code and transmit them through the galvanic isolation device 12 to the mono channel of the local area network 13.
Измерение напряжений на всех аккумуляторах с помощью датчиков 5 позволяет выявлять «отстающие» аккумуляторы, своевременно прекращать разряд, не допуская снижения напряжения ни на одном из аккумуляторов ниже предельного значения. Таким образом предотвращается выход из строя аккумуляторов. Контроллер локальной вычислительной сети 2 периодически опрашивает микроконтроллеры 10, установленные на аккумуляторах, или микроконтроллеры устройств контроля напряжения АБ, или тока АБ. Благодаря тому, что моноканал локальной вычислительной сети 13 образован линией связи между первым и вторым последовательными портами контроллера, повышается надежность передачи информации, так как в случае обрыва линии связи опрос микроконтроллеров может производиться через второй последовательный порт. Контроллер 2 производит предварительную обработку результатов измерений (контроль достоверности, сглаживание высокочастотных пульсаций, масштабирование, перерасчет плотности на номинальный уровень и температуру, определение выхода параметров за допустимые пределы или отклонения их от планируемых значений) и передает информацию в блок обработки результатов измерений 1. В блоке обработки результатов измерений 1 производятся расчеты по результатам измерений: сопротивления изоляции АБ; количества электричества (емкости), сообщенного за заряд и полученного от АБ на момент контроля при разряде; остаточной емкости АБ на момент контроля разряда; времени до наступления момента полного разряда АБ текущим значением тока. Кроме того, с помощью блока обработки результатов измерений 1 можно осуществлять: планирование мероприятий по обслуживанию АБ; предупреждение о необходимости проведения плановых мероприятий; выдачу оперативных рекомендаций по изменению режима работы АБ при отклонениях от планов заряда или разряда, по включению или отключению вентиляции, механического перемешивания электролита в аккумуляторах, системы водяного охлаждения. Возможны различные формы вывода информации на дисплей; сопровождение информации по аварийной ситуации световым и звуковым сигналом. Таким образом расширяются функциональные возможности системы.The voltage measurement on all batteries using sensors 5 allows you to identify "lagging" batteries, timely stop the discharge, preventing the voltage drop on any of the batteries below the limit value. This prevents battery failure. The controller of the local area network 2 periodically polls the microcontrollers 10 mounted on the batteries, or the microcontrollers of the voltage control devices AB, or the current AB. Due to the fact that the monochannel of the local area network 13 is formed by a communication line between the first and second serial ports of the controller, the reliability of information transfer is increased, since in the event of a break in the communication line, the microcontrollers can be interrogated via the second serial port. Controller 2 performs preliminary processing of the measurement results (reliability control, smoothing of high-frequency pulsations, scaling, recalculating the density to the nominal level and temperature, determining whether the parameters exceed the permissible limits or deviate from the planned values) and transfers information to the processing unit for measurement results 1. In the block processing of measurement results 1 calculations are made according to the measurement results: insulation resistance of the battery; the amount of electricity (capacity) reported for the charge and received from the battery at the time of monitoring during discharge; residual capacity of the battery at the time of discharge control; time until the moment of full discharge of the battery with the current value of current. In addition, using the unit for processing measurement results 1, it is possible to carry out: planning measures for maintenance of batteries; warning about the need for planned activities; issuing operational recommendations on changing the operating mode of batteries in case of deviations from the charge or discharge plans, on turning ventilation on or off, mechanical mixing of electrolyte in batteries, water cooling system. Various forms of displaying information are possible; tracking of emergency information with a light and sound signal. Thus expanding the functionality of the system.
Благодаря непосредственному измерению параметров (плотности и уровня электролита в аккумуляторах) снижается погрешность их определения. Гальваническая развязка микроконтроллеров от локальной вычислительной сети предотвращает попадание высоких потенциалов, связанных с последовательным соединением аккумуляторов в батарею, в контроллер 2 и блок обработки результатов измерений 1, что повышает надежность системы диагностирования АБ. Установка микроконтроллеров 10 на крышках аккумуляторов вместе с конвертором напряжения, обеспечивающим питание микроконтроллера и датчиков от обслуживаемого аккумулятора АБ, сокращает число соединительных линий.Thanks to the direct measurement of the parameters (density and electrolyte level in the batteries), the error in their determination is reduced. The galvanic isolation of the microcontrollers from the local computer network prevents the high potentials associated with the series connection of the batteries in the battery from entering the controller 2 and the processing unit 1 of the measurement results, which increases the reliability of the AB diagnostic system. The installation of microcontrollers 10 on the battery covers together with a voltage converter that provides power to the microcontroller and sensors from a serviced battery AB reduces the number of connecting lines.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003135565/09A RU2265921C2 (en) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | System for diagnosing lead storage batteries |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003135565/09A RU2265921C2 (en) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | System for diagnosing lead storage batteries |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003135565A RU2003135565A (en) | 2005-06-10 |
RU2265921C2 true RU2265921C2 (en) | 2005-12-10 |
Family
ID=35833628
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003135565/09A RU2265921C2 (en) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | System for diagnosing lead storage batteries |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2265921C2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2463694C2 (en) * | 2008-08-07 | 2012-10-10 | Панасоник Корпорэйшн | Method for lead-acid battery control and power source system |
RU2663087C2 (en) * | 2014-03-10 | 2018-08-01 | Чанз Асендинг Энтерпрайз Ко., Лтд. | Determination of battery serviceability without turning it off without warning |
EA034300B1 (en) * | 2018-06-04 | 2020-01-27 | Андрей Викторович ПЛАТОВ | Method to automatically maintain the charge level of accumulator batteries during storage |
RU197634U1 (en) * | 2017-10-30 | 2020-05-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Бэттери Сервис Групп" | DISCHARGE-DIAGNOSTIC BATTERY DEVICE |
-
2003
- 2003-12-05 RU RU2003135565/09A patent/RU2265921C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2463694C2 (en) * | 2008-08-07 | 2012-10-10 | Панасоник Корпорэйшн | Method for lead-acid battery control and power source system |
US8432135B2 (en) | 2008-08-07 | 2013-04-30 | Panasonic Corporation | Method of controlling lead-acid battery and power supply system |
RU2663087C2 (en) * | 2014-03-10 | 2018-08-01 | Чанз Асендинг Энтерпрайз Ко., Лтд. | Determination of battery serviceability without turning it off without warning |
RU197634U1 (en) * | 2017-10-30 | 2020-05-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Бэттери Сервис Групп" | DISCHARGE-DIAGNOSTIC BATTERY DEVICE |
EA034300B1 (en) * | 2018-06-04 | 2020-01-27 | Андрей Викторович ПЛАТОВ | Method to automatically maintain the charge level of accumulator batteries during storage |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003135565A (en) | 2005-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3217464B1 (en) | Electricity storage management system | |
EP3129800B1 (en) | Power storage device, control method, control device, power storage system, maintenance system, electric vehicle, and electronic equipment | |
CN1811482B (en) | Device and method for monitoring battery set charge/discharge capacity | |
CN103499794B (en) | A kind of energy-storage battery Residual capacity prediction method and device | |
CN102231546B (en) | Battery management system with balanced charge and discharge functions and control method thereof | |
US20020163339A1 (en) | Method and apparatus for high-voltage battery array monitoring sensors network | |
JP2015042983A (en) | Monitoring apparatus, power supply apparatus, monitoring method, power storage system, electronic apparatus, electronic vehicle, and electric power system | |
Hauser et al. | High-voltage battery management systems (BMS) for electric vehicles | |
JP2008134060A (en) | Abnormality detection device of electric storage device, abnormality detection method of electric storage device, and abnormality detection program | |
CN107250823A (en) | The scalable modular design of 48 V Li-ion battery management systems | |
TW201539937A (en) | Battery system and method of operating battery system | |
US20130119941A1 (en) | System and Method for Assessing ADC Operation and Voltage of a Battery Pack | |
US20060091854A1 (en) | Power monitoring and balancing device | |
EP0986762B1 (en) | Method of monitoring battery health | |
RU2265921C2 (en) | System for diagnosing lead storage batteries | |
KR20190063267A (en) | Battery back | |
RU2690261C1 (en) | Self-contained device for cathodic protection of underground structures | |
RU67778U1 (en) | LITHIUM ION BATTERY | |
RU156115U1 (en) | BATTERY ELECTRONIC RECORDER | |
RU2127010C1 (en) | Device for measuring lead-acid cell parameters | |
CN103633699B (en) | A kind of mobile energy storage battery system | |
CN111823950A (en) | Battery management system and vehicle | |
JP6264396B2 (en) | Monitoring device, power supply device, monitoring method, power storage system, electronic device, electric vehicle, and power system | |
JP7163518B2 (en) | power system | |
US11808816B2 (en) | System for obtaining battery state information |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051206 |