Способ заряда аккумуляторной батареи и автоматизированная система для его осуществления

 

Изобретение относится к технике заряда аккумуляторных батарей. Техническим результатом является повышение оптимальности режима заряда, повышение эффективности и надежности контроля за состоянием аккумуляторных батарей и управление процессом заряда. Способ включает в себя заряд стабилизированным постоянным током, прерывание выключателем зарядного тока, контроль степени заряженности аккумуляторной батареи и, в случае ее недостаточности, повторную подачу выключателем зарядного тока. При контроле степени заряженности измеряют напряжение релаксации на выводах выключателя непосредственно после его выключения и оценивают, по крайней мере, один из параметров напряжения релаксации, например полярность и величину первого импульса. Система заряда содержит объединенные общей шиной адресов и данных ЭВМ и М функциональных модулей, каждый из которых имеет силовой и дополнительный источники питания и объединенные собственной локальной шиной адресов и данных контроллер, аналого-цифровой преобразователь и 1 - J зарядно-коммутационных блоков со стабилизаторами тока и коммутаторами для подключения зарядных ячеек и световых индикаторов. ЭВМ выполнена с возможностью контроля степени заряженности аккумуляторных батарей по напряжению релаксации на выводах коммутаторов. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к технике заряда аккумуляторных батарей (АБ) и предназначена для использования преимущественно при реализации автоматического контроля и управления процессами заряда до номинальной емкости АБ шахтных головных светильников.

Известен способ заряда АБ, основанный на пропускании через АБ зарядного тока и его периодическом прерывании для контроля степени заряженности АБ по напряжению на ее выводах (US 3487284 А, H 02 J 7/00, 30.12.69).

Недостаток известного способа определяется низкой точностью контроля степени заряженности АБ, вызванной выбором в качестве контролируемого параметра напряжения на выводах АБ, не обеспечивающего исчерпывающие сведения о состоянии АБ.

Наиболее близким к предложенному является способ заряда АБ, включающий заряд стабилизированным постоянным током до момента достижения заданного напряжения АБ, периодическое прерывание зарядного тока, контроль степени заряженности путем измерения напряжения покоя АБ и сравнения его с эталонным напряжением и, в случае недостаточной заряженности, дополнительный импульсный дозаряд АБ (SU 528047, Н 01 М 10/44, 05.09.75).

Недостаток указанного способа заключается опять же в низкой точности контроля, не исключающей, в частности, возможность перезаряда АБ.

Известна автоматизированная система заряда АБ, включающая в себя центральную станцию, оборудованную аппаратурой для контроля напряжений АБ путем сравнения их с пороговыми значениями, и управляемые с центральной станции зарядно-коммутационные блоки, включающие в себя силовые источники питания (DE 3412541, Н 02 J 7/00, 31.10.85).

Недостаток известной системы определяется несовершенной конструктивной компоновкой, не предусматривающей, в частности, применение укрупненных функциональных модулей.

Наиболее близкой к предложенной является автоматизированная система заряда АБ, содержащая объединенные общей шиной адресов и данных ЭВМ, выполненную с возможностью контроля тока и напряжения АБ, и М функциональных модулей, каждый из которых имеет объединенные собственной локальной шиной адресов и данных контроллер, аналого-цифровой преобразователь и 1 - J зарядно-коммутационных блоков, соединенных локальной силовой шиной с силовым источником питания и включающих в себя зарядно-разрядные каналы с устройством управления цветом светового индикатора состояния зарядной ячейки, устройством разряда, устройством управления током заряда и коммутаторами силовых и сигнальных цепей подключения к зарядной ячейке и сигнальных цепей подключения к световому индикатору состояния зарядной ячейки (RU 2134477 С1, Н 02 J 7/10, 10.08.99).

Недостатки указанной системы связаны с неэффективными контролем и управлением процессом заряда АБ, обусловленными низкой информативностью измеряемых тока и напряжения, и с невысокой надежностью работы, предопределенной использованием для электроснабжения составных узлов и для заряда АБ общего и к тому же нестабилизированного силового источника питания.

Задачей изобретения является обеспечение оптимального заряда АБ, а также повышение эффективности и эксплуатационной надежности автоматизированной системы заряда АБ.

Поставленная задача решается тем, что в способе заряда АБ, включающем заряд стабилизированным постоянным током, прерывание выключателем зарядного тока, контроль степени заряженности и, в случае ее недостаточности, повторную подачу выключателем зарядного тока, - при контроле степени заряженности измеряют напряжение релаксации напряжения на выводах выключателя непосредственно после его выключения и оценивают, по крайней мере, один из параметров напряжения релаксации.

В качестве подлежащих оценке параметров напряжений релаксации используют полярность и величину первого импульса.

При положительной полярности первого импульса напряжения релаксации делают вывод о недозаряженности АБ, причем меру недозаряженности определяют по величине амплитуды указанного импульса.

При нулевой величине амплитуды и отрицательной полярности первого импульса напряжения релаксации делают вывод соответственно о полной заряженности и перезаряженности АБ, причем меру перезаряженности определяют по величине амплитуды указанного импульса.

Поставленная задача решается также тем, что в автоматизированной системе заряда АБ, содержащей объединенные общей шиной адресов и данных ЭВМ и М функциональных модулей, каждый из которых имеет силовой источник питания и объединенные собственной локальной шиной адресов и данных контроллер, аналого-цифровой преобразователь и 1 - J зарядно-коммутационных блоков, включающих в себя коммутаторы силовых и сигнальных цепей подключения к зарядным ячейкам и сигнальных цепей подключения к световым индикаторам состояния зарядных ячеек, ЭВМ выполнена с возможностью контроля степени заряженности АБ по релаксации напряжения на выводах коммутаторов силовых цепей подключения к зарядным ячейкам при кратковременном прерывании ими тока заряда в зарядных ячейках, в каждом из функциональных модулей для электроснабжения составных узлов применен дополнительный источник питания, а в каждый из зарядно-коммутационных блоков введены L стабилизаторов тока заряда-разряда, включенных перед коммутаторами силовых цепей подключения к зарядным ячейкам, при этом дополнительный источник питания подключен к упомянутой локальной шине адресов и данных, стабилизаторы тока заряда-разряда соединены локальной силовой шиной с силовым источником питания, а общее число N зарядных ячеек определяется как N=MJL.

На фиг. 1 показана электрическая схема; на фиг. 2,а-в показаны возможные временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие подлежащее измерению напряжение релаксации в предложенном способе заряда АБ, а на фиг. 3 приведена функциональная схема предложенной автоматизированной системы заряда АБ, в которой реализуется подобный способ.

Способ заряда АБ осуществляется следующим образом.

АБ подсоединяют к зарядной ячейке (ЗЯ), которая обеспечивает заряд АБ соответствующим током. Через определенный промежуток времени, за который АБ сообщается зарядная емкость 0,5-0,7 А.•ч., процесс заряда АБ прерывают выключателем В. Производят контроль степени зараженности АБ, для чего измеряют напряжение релаксации U_p на выводах выключателя В непосредственно после его выключения и оценивают полярность и величину первого импульса напряжения релаксации U_p.

Например, заряд герметичных АБ ЗНКГ -11Д шахтных головных светильников осуществляют стабилизированным током величиной 1А и каждые 1/2 часа заряд прерывают и проводят измерение напряжения релаксации U_p разомкнутой цепи.

При положительной полярности первого импульса напряжения релаксации Up (фиг. 2, а), свидетельствующей о превышении напряжением ЗЯ напряжения АБ, делают вывод о недозаряженности АБ, причем меру недозаряженности определяют по величине амплитуды указанного импульса. В этом случае заряд АБ продолжают.

При нулевой величине амплитуды (фиг. 2,б) и отрицательной полярности первого импульса напряжения релаксации U_p (фиг. 2,в), свидетельствующей о превышении напряжением АБ напряжения ЗЯ, делают вывод соответственно о полной заряженности и перезаряженности АБ, причем меру перезаряженности определяют по величине амплитуды указанного импульса. В этом случае заряд прекращают.

Предложенный способ позволяет, таким образом, осуществить полный заряд АБ и исключить ее перезаряд. Тем самым обеспечивается оптимизация режима заряда АБ, при этом на заряд может быть поставлена АБ с любой степенью заряженности.

Предложенная автоматизированная система заряда АБ состоит из ЭВМ 1, которая может быть отнесена на расстояние до 500 м, М функциональных модулей 2, каждый из которых содержит дополнительный источник 3 питания, предназначенный для электроснабжения составных узлов, контроллер 4, аналого-цифровой преобразователь 5, 1 - J зарядно-коммутационных блоков 6 с L стабилизаторами 7 тока заряда-разряда и коммутаторами 8 силовых и сигнальных цепей подключения к зарядным ячейкам и сигнальных цепей подключения к световым индикаторам состояния зарядных ячеек, силовых источников 9 питания, зарядных ячеек 10 и световых индикаторов 11 состояния зарядных ячеек. Общее число N зарядных ячеек 10 определяется как N=MJL. Количество К коммутаторов 8 в общем случае не совпадает с количеством L стабилизаторов 7. ЭВМ 1 и функциональные модули 2 объединены общей шиной (магистралью) адресов и данных. В каждом модуле 2 контроллер 4, аналого-цифровой преобразователь 5 и зарядно-коммутационные блоки 6 объединены собственной локальной шиной, в которой подключен дополнительный источник 3 питания. Стабилизаторы 7 тока заряда-разряда соединены локальной силовой шиной с силовым источником 9 питания.

Автоматизированная система заряда АБ работает следующим образом.

ЭВМ 1, оснащенная программным обеспечением для контроля и управления процессом заряда-разряда с анализом измеренных электрических характеристик АБ, а именно напряжения на клеммах каждой зарядной ячейки 10, протекающего через ячейку 10 тока и напряжение релаксации на выводах коммутаторов 8 силовых цепей подключения к зарядным ячейкам, регулярно, например 8 раз в час, посылает команды на измерение электрических параметров всех зарядных ячеек 10 системы. Команды передаются по общей шине адресов и данных контроллерам 4 и от них по локальным шинам адресов и данных модулей 2 - на аналого-цифровые преобразователи 5 и соответствующие коммутаторы 8. Измеренные же значения параметров посредством коммутаторов 8 сигнальных цепей подключения к зарядным ячейкам передаются в контроллеры 4, а от них - в ЭВМ 1. Полученные ЭВМ данные заносятся в соответствующую базу данных, анализируются и при необходимости сохраняются в базах данных. По результатам анализа полученных данных принимаются решения о начале /продолжении/ прекращении заряда/разряда АБ и включении/выключении световых индикаторов 11. Команды на реализацию принятых решений передаются от ЭВМ 1 к контроллерам 4 и далее на соответствующие коммутаторы 8 силовых цепей подключения к зарядным ячейкам для ввода в действие стабилизаторов 7 тока заряда-разряда.

Контроль степени заряженности АБ по напряжению релаксации на выводах коммутаторов 8 силовых цепей подключения к зарядным ячейкам характеризуется высокой информативностью и позволяет делать однозначный вывод о состоянии АБ.

Питание составных узлов системы от дополнительного маломощного источника исключает паразитное влияние на слаботочные сигнальные цепи контроля и управления импульсных бросков напряжения в силовых цепях заряда АБ.

Наличие в зарядно-коммутационных блоках 6 стабилизаторов 7 тока заряда-разряда предопределяет повышенное качество заряда АБ.

Система представляет собой гибкую, наращиваемую, перестраиваемую структуру и обеспечивает: - определение факта подключения АБ к зарядным ячейкам со светоцветовой индикацией; - включение режима заряда АБ стабилизированным током; - измерение электрических характеристик АБ в режиме реального времени; - отключение (отбраковку) от зарядных ячеек неисправных АБ; - накопление, хранение и анализ полученных данных по АБ каждого светильника; - проведение контроля работоспособности аппаратных средств и состояния линий связи; - использование параллельно и автономно друг от друга отдельных зарядных ячеек или групп для работы в других режимах, например, для формовки или восстановительно-тренировочного циклирования АБ в настраиваемом режиме "заряд-разряд".

Таким образом, предложенная система заряда АБ характеризуется расширенными функциональными возможностями. Помимо того, что в данном случае с высокими эффективностью и надежностью обеспечиваются автоматический контроль за состоянием АБ в процессе заряда и управление процессом заряда на основе данных о состоянии АБ, создаются предпосылки для организации автоматического режима формовки АБ и параллельного табельного учета горнорабочих, пользующихся головными светильниками с АБ.

Формула изобретения

1. Способ заряда аккумуляторной батареи, включающий заряд стабилизированным постоянным током, прерывание выключателем зарядного тока, контроль степени заряженности и, в случае ее недостаточности, повторную подачу выключателем зарядного тока, отличающийся тем, что при контроле степени заряженности измеряют напряжение релаксации на выводах выключателя непосредственно после его выключения и оценивают, по крайней мере, один из параметров напряжения релаксации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве подлежащих оценке параметров напряжения релаксации используют полярность и величину первого импульса.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при положительной полярности первого импульса напряжения релаксации делают вывод о недозаряженности аккумуляторной батареи, причем меру недозаряженности определяют по величине амплитуды указанного импульса.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что при нулевой величине амплитуды и отрицательной полярности первого импульса напряжения релаксации делают вывод соответственно о полной заряженности и перезаряженности аккумуляторной батареи, причем меру перезаряженности определяют по величине амплитуды указанного импульса.

5. Автоматизированная система заряда аккумуляторных батарей, содержащая объединенные общей шиной адресов и данных ЭВМ и М функциональных модулей, каждый из которых имеет силовой источник питания, и объединенные собственной локальной шиной адресов и данных контроллер, аналого-цифровой преобразователь и 1 - J зарядно-коммутационных блоков, включающих в себя коммутаторы силовых и сигнальных цепей подключения к зарядным ячейкам и сигнальных цепей подключения к световым индикаторам состояния зарядных ячеек, отличающаяся тем, что ЭВМ выполнена с возможностью контроля степени заряженности аккумуляторных батарей по напряжению релаксации на выводах коммутаторов силовых цепей подключения к зарядным ячейкам при кратковременном прерывании ими тока заряда в зарядных ячейках, а в каждый из зарядно-коммутационных блоков введены L стабилизаторов тока заряда-разряда, соединенные локальной силовой шиной с силовым источником питания, при этом коммутаторы подключения силовых цепей к зарядным ячейкам предназначены для ввода в действие стабилизаторов тока заряда-разряда, а общее число N зарядных ячеек определяется как N=MJL.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3