SU1148526A1 - Устройство дл автоматического контрол разр да многоэлементной аккумул торной батареи - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАЗРЯДА МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, содержащее оптопары, числе которых равно числу аккумул торных элементов , причём светодиоды этих оптопар через ограничительные резисторы подключены к группе из двух или более аккумул торных элементов, фотоприемники соединены последовательно и образуют одно плечо резистивного делител , подключенного своими крайними выводами к выходным клеммам аккумул торной батареи, а средним вьшодом к входу исполнительного элемента, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  надежности контрол  напр жени , последовательно со светодиодами включены вновь введенные транзисторы, эмиттерньй которых через резистор подсоединен к клеммам контролируемого аккумул торного элемента, а вновь введенные оптопара , зезистор и стабилитрон соеI динены последовательно и подключены параллельно аккумул торной батарее, (Л фотоприемник этой оптопары включен последовательно с фотоприемниками делител  напр жени , 2. Устройство ПОП.1, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  надежности контрол  напр жени  при импульсной нагрузке, исполнительный элемент выполнен с блоком задержки времени.

Description

Изобретение относитс  к области электротехники и может быть использовано при контроле разр да многоэлементных аккумул торных батарей дл  определени  конца разр да аккумул торной батареи при уменьшении напр жени  на любом из элементов ак кумул торной батареи до определенно го уровн  и формировани  команды на отключение аккумул торной батареи о нагрузки, преимущественно при экспл атации батарей из герметичных никелькадмиевых аккумул торов. Известно устройство контрол  напр жени  m гальванически св занных химических источников тока, содержа щее источник питани , подключенный одним выводом к первой клемме контролируемых источников тока, Ш источ ников опорного напр жени , hi схем сравнени , выполненных на транзисто ре, эмиттер которого соединен соответственно с одной из клемм контролируемого источника тока, а. база соответствующим источником опорного напр жени , выполненным в виде дели тел  напр жени , один конец которог подключен к второй клемме соответст вующего контролируемого источника тока, а другой - к второму концу ис точника питани , и пороговый исполнительньй узел, подключенный к исто нику гитани . На вход устройства по даетс  напр жение сравнени  с делител  и напр жение контролируемого источника тока . При превьшении величины напр жени  на делителе по сравнению с величиной напр жени  контролируемог источника тока транзистор в схеме сравнени  открываетс  и на вход исполнительного узла подаетс  напр жение . Недостатком устройства  вл етс  то, что при использовании в качаетве источника питани  дополнительного преобразовател  напр жени  с питанием его непосредственно от самой аккумул торной батареи существенно увеличиваетс  потребление электроэнергии устройством на собственные нутвды, так как мощность источника питани  должна быть достаточно большс )й, чтобы обеспечить электропитанием одновременно все делители напр жени , в которых резисторы должны обладать достаточно малым сопротивлением из-за низкой величины входного сопротивлени  транзисторов в схемах сравнени . Использование же дл  каждой аккумул торной батареи отдельного источника питайи  не всегда возможно и целесообразно при большом количестве аккумул торных батарей. Надежность контрол  напр жени  на отдельных аккумул торных элементах в этом случае невысока  из-за того, что концы делителей напр жени , подсоединенные к контролируемым аккумул торным элементам, имеют плавающий потенциал, в результате чего токи через делители напр жени  мен ютс , соответственно мен ютс  и величины опорных напр жений, особенно это может иметь место при равномерном снижении напр жени  на всех аккумул торных элементах, когда суммарное напр жение на аккумул торной батарее сильно снижаетс , при этом напр жение уставок крайних аккумул торных элементов может снизитьс  до недопустимых пределов. Известно также устройство дл  автоматического контрол  разр да многоэлементной аккумул торной батареи содержащее генератор калиброванных по амплитуде импульсов и р д измерительных каналов по числу злеменТов в батарее, каждый из которых состоит из сравнени , выполненной на основе транзистора, усилител -формировател  и исполнительного органа 2. Эмиттер и коллектор транзистора каждой схемы сравнени  через резисторы соединены с одним полюсом элемента батареи, а через конденсаторы - соответственно с генератором калиброванных импульсов и усилителем-формирователем . База транзистора подключена к другому полюсу того же элемента батареи. С выхода генератора импульсы, калиброванные по амплитуде, поступают через переходные конденсаторы на резисторы, включенные в эмиттеры транзисторов, закрытых напр жением элементов аккумул торной батареи. При разр де аккумул торного элемента ниже амплитуды калиброванного импульса транзистор в схеме сравнени  открьшаетс  и на его коллекторном резисторе вьщел етс  импульс напр жени , который через конденсатор поступает на ускпитель-формирователь, формирующий команду дл  исполнитель ного органа. Недостатком устройства  вл етс  значительное потребление им электроэнергии на собственные нужды, св занное с необходимостью обеспечени  электропитанием большого количества параллельно работающи усилителей-формирователей и исполни тельных элементов. Кроме того, имеющийс  в устройстве генератор калиб рованных импульсов должен удовлетвор ть жестким требовани м относительно стабильности уровн  выходного напр жени , т.е. должен быть стабилизированным по питанию, что св - зано с дополнительными трудност ми при его практической реализации. Недостатком устройства  вл етс  отсутствие в нем контрол  по суммарному напр жению на аккумул торной батарее, так как при одинаковом снижении напр жени  на аккумул торных элементах, когда суммарное напр жение на аккумул торной батарее сильно снижаетс , может произойти преркащение работы усилителей-формирователей и генератора калиброванных импульсов, что снижает надежность работы устройства. Известно устройство дл  контрол  напр жени  химического источника тока, содержащее чувствительные элементы на входах в виде полевых тракзисторов , подключенных входными цеп  ми к аккумул торным элементам, и диодные схемы выделени  наибольшего напр жени  групп чувствительных элементов , управл ющие операционными усилител ми, выходы которых св заны с входами выходных транзисторов,в це пи коллекторов которых .включены сигнальные лампы. При .снижении напр жени  на каком-либо аккумул торном элементе соответствующий полевой транзистор приоткрьшаетс , и ток в цепи исток - сток возрастает, что приводит к увеличению падени  напр жени  на общем резисторе в стоковых цеп х и запиранию всех предыдущих и последующих диодов в данной группе чувствительных элементов, а на общем резисторе в стоковых цеп х выдел етс  наибольщее напр жение, соответствуннцее источникам тока с наи- меньщим напр жением, которое сравниваетс  с напр жением на аналогичных резисторах в других группах, и наибольшее напр жение поступает на один из входов усилител . При повышении указанным напр жением значени , поступающего на другой вход усилител , на выходе последнего по вт  етс  сигнал , открывающий выходной- транзистор и зажигающий сигнальную лампу, что сигнализирует о недопустимом снижении напр жени  на каком-либо аккумул торном элементе З. Недостатком схемы  вл етс  то, что полевые транзисторы работают в режиме средней проводимости, т.е. в активном режиме, когда коэффициент усилени  транзисторов сильно зависит от температуры окружающей среды , причем полевые транзисторы также не  вл ютс  исключением, хот  дл  них это менее выражено. .Но в данном случае даже небольшие изменени  коэффициентов усилени  (крутизны ) полевых транзисторов при изменении температуры окружающей среды вызывают недопустимо большие изменени  напр жени  на резисторах в цеп х стоков. Так как коэффициенты усилени  у разных полевых транзисторов измен ютс  в разной степени в зависимости от температуры, то отсю- да следует, что надежность работы данного устройства в широком температурном диапазоне будет очень низкой . Уменьшение потреблени  энергии устройством на собственные нужды за счет отсутстви  входных токов полевых транзисторов пренебрежимо мало и не  вл етс  существенным достоинством схемы, так как и у обычных транзисторов ток базы в этом случае также пренебрежимо мал, а так как питание стоко-истоковых цепей осуществл етс  практически от полного напр жени  аккумул торных батарей,то в данном случае потери электроэнергии в стоковых цеп х будут значительные. Потери эти будут соизмеримы с энергией саморазр да аккумул торных батарей , что приводит к более частому обслуживанию аккумул торных батарей при работе их в дежурном режиме. Другой серъезньй недостаток схемы заключаетс  в необходимости индивидуальной подборки полевых транзисторов и резисторов в стоковых цеп х, так как у полевых транзисторов одного и того же типа величины напр жений отсечки очень сильно отличаютс , т.е. при равных величинах сопротивлений

резисторов в стоковых цеп х и равных величинах напр жений на аккумул торных элементах величины падений напр жени  на истоко-стоковых переходах транзисторов будут сильно отличатьс  J а в соответствии с принципом работы схемы эти величины должны быть одинаковые. Уравн ть эти величины Можно подборкой резисторов или транзисторов, однако процесс подборки трудоемкий, а при большом..количестве aккy ryл тopoв и в полевых услови -х точна  настройка практически невозможна

Наиболее близкой по технической сущности и решаемой задаче  вл етс  схема дл  контрол  разр да отдельных элементов или группы элементов батареи их аккумул торных элементов 4J содержаща  гальваническую разв зку на транзисторных оптронах, где последовательно с каждым светодиодом транзисторных оптопар включе.н обычньм диод и резистор и кажда  из полученных таким образом цепочек подгсоединена непосредственно к выводам двух смежных аккумул торных элементов дл  цепочных никель-кадмиевых аккумул торов и непосредственно к вы водам каждого аккумул торного элемента дл  аккумул торов кислотных.

Фотррезистрры оптопар соединены последовательно и включены в одно из плеч делител  напр жени , подйлюченного к выводам аккумул торной батареи. Средн   точка делител  напр жени  соединена с релейным детектором тока, выход которого соединен с исполнительным устройством.

Достоинством схемы  вл етс  незначительное потребление ею электроэнергии от аккумул торной батареи на собственные нужды.

Недостатком схемы  вл етс  то, что в ней в качестве чувствительных элементов используютс  светодиоды, имеющие, как известно, широкую область изменени  пр мой ветви вольтамперной характеристики. В широком температурном диапазоне с учетом технологического разброса параметров область изменени  пр мого падени  напр жени  на светодиодах при малых токах простираетс  примерно от 0,7 до 1,8 В. Область эта значительно шире, чем у известного устройства, где привод тс  лишь типовые значени 

величин пр мого падени  напр жени  на светодиодах при нормальной температуре .

Номинальное напр жение щелочных никель-кадмиевых аккумул торных элементов равно 1,2В, а отключатьс  с разр да они должны при уменьшении напр жени  на них до 0,5-0,8 В, откуда следует, что светодиоды не пригодны дл  работы в качестве чувствительных элементов дл  непосредственного контрол  разр да каждого аккумул торного элемента, так как величина пр мого падени  напр жени  на сретодиодах , при которой они начинают подсвечивать фототранзисторы, как правило, значительно больше указанных вьш1е величин. Применение светодиодов в качестве чувствительных элементов дл  контрол  напр жени  кислотных аккумул торных батарей, имеющих нормальное напр жение на каждом элементе около 2В, также нецелесообразно, так как этот способ контрол  неточен, а разр д кислотных аккумул торных батарей ниже 1,75В на элемент не допускаетс . Косвенный метод контрол  разр да никель-кадмиевых аккумул торных батарей по величине напр жени  на двух аккумул торных элементах также не  вл етс  приемлемым. В этом случае к нестабильности светодиодов добавл етс  нестабильность последовательно соединенных с ними диодов, у которых область изменени  пр мого падени  напр жени  при малых токах находитс  в пределах от 0,5 до 0,85 В. Надежность контрол  разр да в этом случае будет очень низка . Так, например, при больших величинах пр мых падений напр жени  на светодиодах и на диодах будут иметь место ложные срабатывани .даже при нормальных напр жени х на аккумул торных элементах. И, наоборот, при малых пр мых падени х напр жени  на светодиодах и на диодах могут иметь место случаи несрабатывани  схемы и, как следствие, выход из стро  аккумул торных элементов. Произойти это может потому, что реальные емкости аккумул торных элементов , находившихс  в эксплуатации , могут значительно отличатьс  друг QT друга, в результате чего будут иметь место случаи, когда один из двух аккумул торных элемен7 iTOB уже разр дилс  и напр жение на его выходе упало до недопустимого уровн , а другой в эго врем  имеет нормальное напр жение, при этом величина напр жени  на выходе двух аккумул торных эленентов может оказатьс  достаточной дл  удержани  схемы в исходном состо нии. Применение в этих случа х метода подборки оптопар с нужными входными харак теристиками малоэффективно и св зано с большой.трудоемкостью. Недостатком схемы  вл етс  также отсутствие в ней контрол  по суммар ному напр жению на аккумул торной батарее, так как при одинаковом сни жении напр жени  на всех аккумул торных элементах, что может иметь место при работе с хорошо скомплектованными , новыми аккумул торными батаре ми, суммарное напр жение на батарее может снизитьс  на столько, что величина его будет уже недостаточна дл  срабатывани  электромагни ных отключающих элементов в исполнительном устройстве, что неизбежно приведет к выходу из стро  большого количества аккумул торных элементов Применение в исполнительном устройстве бесконтактных отключающих элементов нецелесообразно из-за бол ших габаритов охлаждающих радиаторо и дополнительных потерь электроэнер гий. Недостатком схемы  вл етс  и то, что в ней не предусмотрены меры , исключающие ложные срабатывани  при кратковременных снижени х напр жени  на аккумул торных элементах , нос щих случайный характер, например при запусках мощных потребителей , что существенно снижает на дежность контрол  разр да аккумул торных батарей, особенно при работе без обслуживающего персонала. Целью изобретени   вл етс  повышение надежности контрол  напр жени на аккумул торных элементах при автоматическом контроле разр да аккумул торной батареи. Дл  этого в схему, содержащую оп топары, число которых равно числу аккумул торных элементов, причем светодиоды этих оптопар через ограничительные сопротивлени  подключены к группе из двух или более аккумул торных элементов, фотоприемники соединены последовательно и обра зуют одно плечо резистивного дели6 тел , подключенного своими концами к общим клеммам аккумул торной батареи , а общей точкой - к входу исполнительного элемента, последовательно со светодиодами включаютс  вновь введенные транзисторы, эмиттерный переход -которых через сопротивление подсоединен к электродам контролируемого аккумул торного элемента. Кроме того, вновь ввод тс  оптопары, резистор и стабилитрон, причем светодиод оптопары, стабилитрон и резистор, соединены последовательно и подключены паралельно ак- кумул тоной батарее. Фотоприемник этой оптопары включен последовательно с фотоприемниками делител  напр жени  . Исполнительный элемент при этом вьтолнен с блоком задержки времени . На чертеже представлена схема устройства дл  автоматического контрол  разр да многоэлементной аккумул торной батареи. Схема содержит аккумул торные элементы 1, входные бипол рные транзисторы 2, светодиоды 3 диодных оптопар 4, фотодиоды 5 .диодных оптопар 4, делитель напр жени  6, резистор 7 делител  напр жени  6, фотодиод 8 дополнительной диодной оптопары 9, светодиод 10 дополнительной диодной оптопары 9, стабилитрон 11, резистор 12, компаратор напр жени  13, устройство выдержки времени 14, исполнительное устройство 15, двухпозиционный переключатель 16 с механической фиксацией конечных коммутационных положений, контакты 17 и 18 двухпозиционного переключател  16, нагрузка 19. Устройство дл  автоматического контрол  многоэлементной аккумул торной батареи работает следукицим образом. В исходном состо нии, когда величины напр жений на аккумул торных элементах 1 в норме, транзисторы 3 открыты, и через светодиоды 3 диодных оптопар А проходит ток, вызыва- кмций их свечение. По цепочке из последовательно соединенных светодиода 10, стабилитрона 11 и резистора 12 также проходит ток, и светодиод 10 подсвечивает фотодиод 8 дополни тельной оптопары 9, при этом через последовательно соединенные фотодиоды 5 делител  напр жени  6 и фото- . 9 диод 8 проходит фототек, создающий большое падение напр жени  на резис торе 7 делител  напр жени  6, в результате чего на выходе компаратора напр жени  13 устанавливаетс  напр же ние сознаком плюс относительно средне точки аккумул торной батареи, состав ленной из аккумул торных элементов. Плюсовой потен1диал на выходе ком паратора напр жени  13 удерживает устройство вьщержки времени 14 в закрытом состо нии и подготавливает его к срабатьшанию, при этом величи на сигнала на выходе устройства выдержки времени 14 и соответственно на входе исполнительного устройства 15 равна нулю, а контакты 17 и 18 двухпозиционного переключател  16 замкнуты. По мере разр да аккумул торной батареи на нагрузку 19 вели;чины напр жений на аккумул торных элем1.п1тах 1 уменьшаютс . При уменьшении величины напр жени  на какомлибо аккумул торном элементе до О,5-0,8В закрываетс  подключенный . к этому аккумул торному элементу транзистор 2, а светодиод 3 диодной оптопары 4, включенный в коллекторную цепь этого транзистора, га;нет, Так как фотодиод 5 перестает подсве чиватьс  светодиодом 3, то его обратное сопротивление резко возраста ет, что приводит к резкому уменьшению фототока через последовательно соединенную цепочку из фотодиодов 5 делител  напр жени  6 и фотодиода 8 дополнительной оптопары 9,, а падени напр жени  на резисторе 7 становитс  минимальным и по величине близким к нулю. При этом напр жение на выходе компаратора напр жени  13 и соответственно на входе устройства вьщержки времени 14 мен ет знак с плюса на минус относительно средней точки аккумул торной батареи. По ис течении времени вьщержки устройство вьщержки времени 14 срабатывает, а величина сигнала на его вькоде и со ответственно на входе исполнительно го устрсэйства 15 становитс  максимальной , что приводит к срабатывани исполнительного устройства 15, при этом контакты 17 и 18 двухпозицион- ного переключател  16 размыкаютс , и аккумул торна  батаре  отключаетс  от нагрузки 19. Разомкнувшийс  контакт 17 разрьшает цепь питани  отключающей катушки двухпозиционно6 го перекхоочател  16, в результате чего собственное потребление электроэнергии исполнительным устройством 15 практически равно нулю. Собственное потребление электроэнергии компаратором напр жени  13 также практически равно нулю, так как в исходном состо нии он не нагружен, а после срабатывани  электропитание его прекращаетс . При одинаковом и равномерном снижении напр жени  на всех аккумул торных элементах 1 суммарное напр жение на аккумул торной батарее быстро снижаетс , приближа сь к величине напр жени  стабилизации стабилитрона 11, при этом величины напр жений на аккумул торных элементах 1 могут быть еще достаточными дл  поддержани  входных транзисторов 2 в открытом состо нии. При дальнейшем снижении напр жени  на выво- дах аккумул торной батареи ток через цепочку из последовательно соединенных светодиода 10, стабилитррна 11 и резистора 12 резко уменьшаетс  и фотодиод 8 перестает подсвечиватьс  светодиодом 10, а его обратное сопротивление резко возрастает, что приводит к резкому уменьшению фототока через последовательно срединенную цепочку из фотодиодов 5 и 8 и соответственно уменьшению напр жени  на резисторе 7. По истечении времени выдержки устройство срабатывает и отключает аккумул торную батарею от нагрузки независимо от напр жени  на аккумул торах. Устройство вьщержки времени 14 предназначено дл  исключени  ложных отключений при кратковременных снижени х напр жени  на аккумул торных элементах 1-, нос щих случайный характер, например при запусках мощньк потребителей. За счет существенного повьпПени  надежности контрол  напр жени  многоэлементной аккумул торной батареи практически исключаетс  выход из стро  герметичнь х щелочных аккумул торных батарей, что повьшает технические возможности аппаратурных комплексов, электропитание которых осуществл етс  от большого количества аккумул торных батарей. При этом значительно повьшаетс  их автономность при работе в полевых услови х, когда часта  замена аккумул торных батарей затруднена.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАЗРЯДА МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, содержащее оптопары, числе? которых равно числу аккумуляторных элементов, причём светодиоды этих оптопар через ограничительные резисторы подключены к группе из двух или более аккумуляторных элементов, фотоприемники соединены последовательно и об разуют одно плечо резистивного делителя, подключенного своими крайними выводами к выходным клеммам аккумуляторной батареи, а средним выводом к входу исполнительного элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля напряжения, последовательно со светодиодами включены вновь введенные транзисторы, эмиттерный переход которых через резистор подсоединен к клеммам контролируемого аккумуляторного элемента, а вновь введенные оптопара, .резистор и стабилитрон соединены последовательно и подключены параллельно аккумуляторной батарее, фотоприемник этой оптопары включен последовательно с фотоприемниками делителя напряжения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности контроля напряжения при импульсной нагрузке, исполнительный элемент выполнен с блоком задержки времени.

4*

00 СП

N3