Устройство контроля уровня электролита и заряженности аккумулятора

Изобретение относится к электротехнике и электрохимии и касается аккумуляторов открытого типа. Техническим результатом является обеспечение постоянного контроля уровня электролита и степени заряженности аккумуляторов в составе аккумуляторной батареи с обеспечением его надежности работы за весь срок службы аккумуляторов и в диапазоне наружных температур от -50 до +50°С. Согласно изобретению, в котором в качестве датчика используется металлическая пластина, которая соединена через резистор с базой транзистора n-р-n типа, коллектор которого через светодиод подключен к положительному выводу аккумулятора, а эмиттер подключен к отрицательному выводу аккумулятора, при этом транзистор вместе со светодиодом и пластиной вмонтирован в крышку аккумулятора, а пластина располагается под основными электродами аккумулятора на расстоянии 5-10 мм. При этом, сопротивление резистора, включенного между базой транзистора и металлической пластиной, определяется как средняя величина между максимальным значением, полученным от произведения номинального тока светодиода на коэффициент 10⁴, и минимальным значением, полученным от деления величины номинального тока светодиода на коэффициент усиления транзистора по току и умножаемого на коэффициент 10⁵. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в аккумуляторах открытого типа, применяющихся в составе аккумуляторных батарей в различных сферах промышленности и транспорта.

Известно устройство - сигнализатор уровня электролита химических источников тока, включающее колпачок с прозрачным корпусом, под которым размещен поплавок со стержнем-указателем, и герметизирующий уплотнитель, причем корпус поплавка выполнен в виде перевернутого стакана со впадиной, имеющей форму усеченного конуса, а в стержне-указателе выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, соединенное с трубкой, торец которой расположен на одном уровне с торцом поплавка (патент RU №2182389 С2, кл. Н01М 10/48 от 21.06.1999 г.).

Известно устройство контроля уровня электролита и заряженности аккумулятора, включающее светодиод, вмонтированный в верхнюю крышку аккумулятора и используемый в качестве прибора, регистрирующего величину тока через электролит, а также электрод, находящийся в электролите на 5-10 мм над основными электродами аккумулятора, выполненный в виде пластины из нержавеющей стали, жестко соединенный с корпусом светодиода и подключенный через резистор к положительному выводу аккумулятора (патент RU №2341852 С2, кл. Н01М 10/48 от 17.11.2005 г.).

Недостатком вышеуказанных устройств является их недостаточная точность и надежность из-за примерзания поплавка к деталям крышки аккумулятора при температурах окружающей среды ниже 0°С, а также низкий срок службы металлических пластин из-за интенсивного окислительного процесса (электролиза), вызванного повышенными токами в цепи контроля. При отрицательных температурах среды светодиод работает неустойчиво из-за уменьшения проводимости электролита и соответственно тока, необходимого для зажигания светодиода.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности устройства и точности определения уровня электролита и заряженности аккумулятора.

Указанный технический результат достигается в устройстве контроля уровня электролита и заряженности аккумулятора, содержащем металлическую пластину, введенную в электролит, резистор, светодиод, соединенный через металлическую пластину с положительным выводом аккумулятора, при этом устройство дополнительно содержит транзистор n-p-n типа, располагающийся в корпусе со светодиодом, причем коллектор транзистора подключен через светодиод к положительному выводу аккумулятора, эмиттер к отрицательному выводу аккумулятора, а база подключена через резистор к металлической пластине.

При этом сопротивление резистора определяется как средняя величина между максимальным значением, полученным от произведения номинального тока светодиода на коэффициент 10⁴, и минимальным значением, полученным от деления величины номинального тока светодиода на коэффициент усиления транзистора по току и умноженного на коэффициент 10⁵.

Работа устройства поясняется фиг.1 и фиг.2, на примере свинцового аккумулятора. На фиг.1 показан общий вид аккумулятора с устройством контроля уровня электролита и заряженности, а на фиг.2 - электрическая схема устройства.

Устройство содержит светодиод 3, транзистор 4 и резистор 5, расположенные в корпусе 2, закрепленном в крышке аккумулятора 7, а также металлическую пластину 10, нижний конец которой погружен в электролит 8 и находится над электродами аккумулятора 9.

Верхний конец пластины 10 соединен через резистор 5 с базой транзистора 4. Коллектор транзистора 4 соединен через светодиод 3 с положительным выводом аккумулятора 1. Эмиттер транзистора 4 подключен к отрицательному выводу аккумулятора 6.

При нормальном уровне электролита нижний конец пластины 10 погружен в электролит 8 и тем самым создается замкнутая цепь для прохождения электрического тока: от положительного вывода аккумулятора 1, через электролит 8, пластину 10, резистор 5 и база-эмиттерный переход транзистора 4 к отрицательному выводу аккумулятора 6. Величина этого тока не превышает 40-50 мкА и поэтому не приводит к интенсивному окислению и электролизу пластины 10, но обеспечивает включение транзистора 4 при температурах электролита от -40 до +50°С. Через светодиод 3 будет проходить электрический ток по цепи: положительный вывод аккумулятора 1, светодиод 3, коллекторно-эмиттерный переход транзистора 4, отрицательный вывод аккумулятора 6. При этом на светодиоде 3 появится напряжение 2÷3 В, достаточное для свечения светодиода. Свечение светодиода 3 является признаком нормального уровня электролита в аккумуляторе.

При снижении уровня электролита в аккумуляторе ниже допустимого нарушается контакт пластины 10 с электролитом 8, цепь прохождения электрического тока через база-эмиттерный переход транзистора 4 прерывается, транзистор выключается и светодиод 3 не светится. Отсутствие свечения светодиода 3 является признаком пониженного уровня электролита в аккумуляторе.

При понижении уровня напряжения на выводах аккумулятора за счет его разряда или саморазряда величина тока через светодиод автоматически уменьшается. Соответственно уменьшается интенсивность свечения светодиода. Уменьшение интенсивности свечения светодиода является признаком понижения напряжения аккумулятора. В процессе осмотра аккумуляторных батарей эксплуатационный персонал может визуально (т.е. без применения измерительных средств) определить понижение напряжения отдельных аккумуляторов по сравнительному изменению интенсивности свечения их светодиодов.

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет значительно небольшой величины тока, проходящего через металлическую пластину 10, по сравнению с прототипом, исключается разрушение металла в пластине и одновременно обеспечивается работоспособность светодиода во всем диапазоне температур электролита.

Экспериментальные исследования работы устройства, проведенные во всем диапазоне наружных температур в течение года, показали надежную работу описываемого устройства, что подтверждено отсутствием утончения металлических пластин и отсутствием следов электролиза.

Новое устройство позволит увеличить срок службы аккумуляторов до 10-15 лет.

1. Устройство контроля уровня электролита и заряженности аккумулятора, содержащее металлическую пластину, введенную в электролит и светодиод, соединенный через металлическую пластину с положительным и отрицательным выводом аккумулятора, а также резистор, отличающееся тем, что в него введен транзистор n-р-n типа, коллектор которого через светодиод подключен к положительному выводу аккумулятора, эмиттер к отрицательному выводу, а база подключена к металлической пластине через резистор.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина сопротивления резистора определяется как средняя величина между максимальным значением, полученным от произведения номинального тока светодиода на коэффициент 10⁴ и минимальным значением, полученным от деления величины номинального тока светодиода на коэффициент усиления по току транзистора и умноженного на коэффициент 10⁵.