NO132067B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et apparat for overvåking av en akkumulators ladningstilstand, under vanlig drift mens akkumulatoren utlades gjennom en belastning.

En akkumulators ladningstilstand er bestemt ved dens indre motstand r. Ladningstilstanden kan således overvåkes ved å bestemme verdien for akkumulatorens indre motstand. Hvis den elektro-motoriske kraft for akkumulatoren er E og akkumulatoren avgir en strom i, er dens klemmespenning bestemt ved ligningen:

På denne bakgrunn er det kjent å bestemme akkumulatorens ladningstilstand ved å måle spenningen IL mellom utgangsklemmene ved en kjent utladningsstrom i. Under forutsetning av at akkumulatorens elektromotoriske kraft E er en konstant, kan det lett ved hjelp av ovenfor angitte ligning beregnes en verdi av akkumulatorens indre motstand r, som vil være et uttrykk for akkumulatorens ladetilstand.

Den ovenfor angitte antagelse at akkumulatorens elektromotoriske kraft er konstant, vil imidlertid i mange tilfeller ikke holde stikk i tilstrekkelig grad til at den kan benyttes i praksis, da den elektromotoriske kraft i virkeligheten vil variere betraktelig med elektrodenes alder og slittasje så vel som med elektrolyttens spesifike tetthet.

Det er- derfor et formål for oppfinnelsen å fremskaffe et apparat som under pågående utladning kan bestemme en akkumulators indre motstand, og dermed dens ladetilstand, direkte, uten beregning på grunnlag av en antatt verdi av akkumulatorens elektromotoriske kraft E.

Prinsipielt oppnås dette i henhold til oppfinnelsen ved at en strom I -under en kort tid overlagres s tr ommen i, således at det vil foreligge annen spenning Up mellom klemmene under strømpulsene, og denne spenning er bestemt ved:

Klemmespenningsvariasjonen A U for akkumulatoren er således:

Hvis A TJ og I er kjent, kan derfor r bestemmes..

På dette grunnlag har .oppfinnelsens apparat som særtrekk at det omfatter en drivkrets koblet mellom akkumulatorens klemmer og innrettet for, overlagret akkumulatorens utladningsstrom, å sende strompulser av forut bestemt varighet gjennom akkumulatoren med forut bestemte, mellomrom; en folerkrets innkoblet mellom akkumulatorklemmene for avfoling av forskjellen, A U mellom foreliggende klemmespenninger, henhv. for og under hver strompuls;

samt innrettet for å frembringe et differanse signal som angir denne spenningsforskjell^ en komparatorkrets anordnet for å mot-

ta differansesignalet og innrettet for å sammenligne det med et referansesignal Us, som angir et forut bestemt ladningsnivå og frembringes av en referansekrets, samt under hver strompuls å

avgi et binært signal, hvis ene mulige verdi angir tilstanden /AU/^rUs og annen mulig verdi angir tilstanden AU>/Us/.

Ved' kjent konstant verdi av I vil A U være et uttrykk for .akkumulatorens ladetilstand, og Us kan være avpasset for etter onske å

angi såvel fullt oppladet som helt utladet tilstand for.akkumulatoren.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet mer detaljert ved hjelp av et ut-forelseseksempel og under henvisning til den vedfoyde skjematiske tegning, der: Fig. 1 viser et blokkskjerna for et apparat i henhold til oppfinnelsen, og som er innrettet for overvåking ag styring av en akkumulators ladningstilstand; og Fig. 2 viser kurveformer på forskjellige steder i skjemaet i fig. 1. Det-skal forst henvises til fig. 1', der det er vist at apparatet er oppdelt i tre hoved-seksjoner, nemlig: en overvåker 1 av ladningstilstanden, logiske kretser 2 samt en styrekrets 3 for gjenoppladning av akkumulatoren.

""Akkumulatoren h består av seks celler, idet dens elektriske midt-punkt er forbundet med jord eller et ekvivalent potensial.

En belastningskrets 5 e*" forbundet med akkumulatorens klemmer. En .oppladningskrets 6 er likeledes forbundet mellom klemmer for akkumulatoren h. Oppladningen startes av et element 7 og stoppes av et element 8, slik som det vil bli nærmere forklart i det folgende. Elementet 7 styres av de kombinerte utgangssignaler fra seksjonene 1 og 2, mens elementet 8 styres av utgangssignalet

■ fra seksjon 3»

Akkumulatoren k avgir'normalt en strom i gjennom belastnings-kret^sen 5. Era apparatet i henhold til oppfinnelsen fores imidlertid en strompuls med amplitudeverdi I og kort varighet gjennom akkumulatoren. Den resulterende forandring av akkumulatorens klemmespenning overvåkes, idet den gir et mål for akkumulatorens ladningstilstand, slik som det allerede er forklart. Apparatet frembringer én rekke sådanne strompulser med forutbestemte jevne mellomrom, og avgir, under hver sådan strompuls, et utgangssignal som angir ladningstilstanden for akkumulatoren.

Apparatets to utgangsklemmer er henhv. forbundet til den negative

(-) og den positive (+) pol for akkumulatoren.

Apparatets forste seksjon 1 omfatter en fbrste operasjonsforsterker 20 med en forste inngang forbundet direkte til den positive pol for akkumulatoren h. Den annen inngang er forbundet med samme akkumulatorpol gjennom en omkobler 21 som normalt er sluttet, og bare åpnes under hver strompuls. Den annen inngang for forsterkeren 20 er også forbundet med en lagringsinnretning i form av en kondensator 22, som er forbundet mellom den annen inngang for forsterkeren og et jordpunkt eller et ekvivalent potensial.

En spenningsregulator 23 er forbundet med akkumulatorens h negative pol og frembringer ved sin utgang en konstant spenning som tilfores en spenningsd.eler 2h. En del av denne spenning tappes ut av glidearmen 2h og tilfores en forste inngang for en annen operasjonsforsterker 25, som gjor tjeneste som en impedansom-fqrmer. Utgangen for den annen forsterker 25 er forbundet med en forste inngang for. en'tredje operasjonsforsterker 26, i det denne inngang også er forbundet.med utgangen fra den forste operasjonsforsterker 20. Den annen inngang for forsterkeren 26 er forbundet med et jordpunkt eller et tilsvarende potensial. Den tredje forsterker 26 virker som en mettet komparator, og dens utgang er tilsluttet en indikator-innretning 27 samt den forste inngang for en OG-port 17 for underseksjonen 2.

Utgangsspenningen for den tredje forsterker 26 kan anta en av

to mulige verdier, avhengig av om utgangsspenningen A U fra den forste forsterker er storre eller mindre enn utgangsspenningen Uc for forsterkeren 25. Indikatorinnretningen 27 utloses når ^ U er storre enn Ug.

Den annen under-seksjon 2 omfatter en monostabil krets 12, hvis inngang gjennom omkobleren 11 i den forste urider-seksjon 1 er koblet til akkumulatorens h positive pol. Denne forbindelse er avbrutt i figuren for oversiktens skyld, idet forbindelsen er symbolisert med a-a. Omkoblerne 11 og 21 i under-seksjonen 1 påvirkes synkront av en spole 10 som energiseres synkront' med starten av hver strompuls.

Utgangsspenningen fra den monostabile krets tilfores inngangen for et omkoblerelement 13 som, når det aktiviseres, forbinder en shunt-motstand 1*f i parallell med belastningskretsen 5 for akkumulatoren h.

Utgangssignalet fra'den monostabile krets 12 tilfores også inngangen for en krets 15 som forsinker utgangssignalet med en forut bestemt verdi, som er mindre enn strompulsens varighet, samt differensierer dens front-flanke for å frembringe en meget kort pul s.

Fig. 2 viser utgangssignalet S^g f°r den monostabile krets 12 og den resulterende,tilleggs-strom I som passerer gjennom akkumulatoren <*>f ved innkobling av shunt-motstanden 1^-. Denne strompuls I har transiente svingninger både ved sin for- og bakflanke. Utgangssignalet fra forsinkelse- og differensieringskretsen 15 er vist ved Dette ,signal tilfores inngangen for en annen monostabil krets 16 som er innrettet for å frembringe en utgangspuls hvis varighet er slik at når den legges til forsinkelsen i.kretsen 15} vil det resulterende totale tidsintervall bli mindre enn strompulsens varighet, Utgangssignalet fra den monostabile krets 16 er vist ved S^g i fig._2, og det vil observeres at utgangspulsen fra denne monostabile krets ligger helt innenfor den del av strømpulsen I som ikke er beheftet med transiente svingninger.

De tidsverdier som er angitt langs tidsaksen i fig. 2, er bare. angitt som eksempel.

Utgangssignalet fra den monostabile krets 16 tilfores en annen inngang for den tidligere nevnte OG-port 17. Utgangssignalet fra denne OG-port tilfores styreelementet 7> som således mottar utgangsspenningen fra den tredje operasjonsforsterker 26 under varigheten av utgangspulsen fra den monostabile krets 16.

Den tredje under-seksjon 3 omfatter en spenningsregulator 30 forbundet med den negative pol for akkumulatoren h. Den konstante utgangsspenning fra regulatoren 30 tilfores en spenningsdeler 31

og en uttappet spenningsdel fra denne tilfores en forste inngang for en fjerde operasjonsforsterker 32. Den annen inngang for denne forsterker er forbundet med et jordpunkt eller et tilsvarende potensial, og en varme-folsom motstand 33 er koblet mellom ut-ganger for forsterkeren 32 og dens forste inngang. Denne motstand 33 er, når apparatet er i bruk, nedsenket i elektrolytten i akkumulatoren ^f, og tjener derved til å kompensere for temperaturvaria-sjonene i elektrolytten.

Utgangen for forsterkeren 32 er forbundet til en forste inngang

for en femte operasjonsforsterker 3<*>+, idet denne inngang også er forbundet med den-positive pol for akkumulatoren h. Den annen inngang for forsterkeren 3^ er forbundet med et jordpunkt eller et

tilsvarende potensial. Utgangssignalet fra forsterkeren 3<*>+ tilfores styree'nheten 8, hvis ut gangs signal gjennom en f or sinkelses-krets 35 tilfores en tilsvarende inngang for oppladningskretsen 6.

Apparatet virker på folgende måte: Spolen 10, omkobleren 11, den monostabile enhet 12, omkoblerelementet, 13 og shunt-motstanden 1<1>)-danner, en drivkre.ts som er koblet mellom den negative og positive .pol for akkumulatoren k, idet denne,krets er innrettet for å til-fore strompulser til akkumulatoren. Forsterkeren 20, omkobleren 21 og lagringsinnretningen 22, danner en foler-krets for avf.oling av spenningen mellom akkumulatorens klemmer og frembringer et forste signal som angir differansen mellom klemmespenningen for og under hver strompuls. Dette forste signal er utgangsspenningen U for forsterkeren 20.

Spenningsregulatoren 23, spenningsdeleren 2h og forsterkeren 25 danner en referansekrets som frembrin ger et referansesignal i form av utgangsspenningen Ug for forsterkeren 25. En komparatorkrets som utgjores av forsterkeren 26 mottar det forste signal

AU og sammenligner det med referansesignalet Ug.

Hvis utgangssignalet fra forsterkeren 26 angir at batteriets ladningsnivå har nådd et forut bestemt minimums-nivå påvirkes styreelementet 7 og aktiverer oppladningsinnretningen 6, for opplad-ning av akkumulatoren.

Spenningsregulatoren 30, spenningsdeleren 31, forsterkeren 32 med sin tilordnede motstand 33 samt forsterkeren 3<*>+ dannet en krets for overvåking av ladningsnivået og stopp av oppladningsinnretningen 6, når akkumulatoren atter er fullt oppladet. Den fullt oppladede tilstand er temmelig noyaktig definert ved en bestemt verdi for akkumulatorens klemmespenning.

ForsinkeJLseskretsen 35 gjor det mulig å forsinke avslutningen av oppladningen med et forut be.stemt tidsintervall, således at det oppstår en lett overladning av akkumulatoren. Dette kan være fordelaktig for omrbring av elektrolytten når denne er en væske. Det nettopp beskrevne apparat er særskilt fordelaktig når automatisk styring av en akkumulators ladningstilstand er påkrevet, og over-våkingen av en operator er vanskelig eller umulig. Sådanne anvendelser foreligger, f.eks. i boyer og fyrtårn, som tilfores elektrisk energi fra en gruppe akkumulatorer, men periodisk kon-troll av en operator er meget vanskelig, hvis ikke umulig.

Det vil forstås at oppladningskretsen 6 og dens styrekrets 3 kan utelates i anvendelser der det bare er onskelig å få en anvisning på akkumulatorens ladningstilstand. Der det er tilstrekkelig' bare å frakoble akkumulatoren når den er fullt oppladet, kan utgangen fra OG-porten 17 tilfores en passende krets for utforelse av denne frakobling.

Claims (8)

1. Apparat for overvåking av en akkumulators ladningstilstand under vanlig drift mens akkumulatoren ( h) utlades gjennom en belastning (5) , karakterisert ved at apparatet omfatter en drivkrets (10, 11, 12, 13, ik) koblet mellom akkumulatorens klemmer og innrettet for, overlagret akkumulatorens utladningsstrom, å sende strompulser av forut bestemt varighet gjennom akkumulatoren ( h) med forut bestemte mellomrom; en folerkrets (20, 21, 22) innkoblet mellom akkumulatorklemmene for åvfoling av forskjellen, A U mellom foreliggende klemmespenninger henhv. for og under hver strompuls; samt innrettet for å frembringe et differanse signal som angir denne .spenningsforskjell; en komparatorkrets (26) anordnet for å motta differansesignalet og innrettet for å sammenligne det med et referansesignal Us, som angir et forut bestemt ladningsnivå og frembringes av en referansekrets (23, 2h, 25), samt under hver strompuls å avgi et binært signal, hvis ene mulige verdi angir tilstanden / ^ U/>Us og annen mulig verdi angir tilstanden AU^/ Us/.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter en anvisning skr ets (27) tilko.blet komparatorkretsen (26) for å motta det "binære signal fra denne, samt innrettet for å frembringe en anvisning av akkumulatorens ladningstilstand.

3. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at referansekretsen omfatter en spenningsregulator (23) som er forbundet med akkumulatoren ( h) og avgir en konstant utgangsspenning, som over en spenningsdeler (2<*>+) tilfores en inngang for en operasjonsforsterker (25). h.

Apparat som angitt i krav 1 og 3? karakterisert ved at folerkretsen (20, 21, 22) omfatter en annen operasjonsforsterker (20) med en forste inngang (U2) forbundet direkte med en av akkumulatorens klemmer (+) og en annen inngang (U1) forbundet direkte til en lagringsinnretning (22), samt til nevnte akkumulatorklemme (+) over et forste omkoblerelement (21), som er åpent under hver strompuls gjennom akkumulatoren.

5. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at lagringsinnretningen er en kondensator (22) forbundet mellom nevnte annen inngang (U1) og et jordet punkt eller' et tilsvarende potensial.

6. 'Apparat som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at komparatorkretsen omfatter en tredje operasjonsforsterker (26), som på sin utgangsside avgir nevnte binære signal.

7. Apparat som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at drivkretsen (10, 11, 12, 13, 1^-) omfatter et annet omkoblerelement (11) som er sluttet i nevnte mellomrom av forut, bestemt varighet mellom strømpulsene, for energisering av en forste monostabil krets (12), hvis utgang spuls hovedsakelig er av samme varighet som strbmpulsen og tilfores et tredje omkoblerelement (13) innrettet for å koble inn en shunt-motstand (1<*>+) mellom akkumulatorklemmene under hele utgangspulsens varighet.

8. Apparat som angitt i krav 1-7> karakterisert ved. at det omfatter folgende logiske kretser: en f or sinkelseskr ets 05) som styres av strompulssignaler fra' nevnte drivkrets (10, 11, 12, 13, 1<*>+) samt er innrettet for å avgi utlosningssignaler forsinket i forhold til de tilsvarende strompulser med et tidsintervall mindre enn strømpulsenes varighet ; ' en ytterligere monostabil krets (16) som utloses av hvert ut-losningssignal for å frembringe en utgangspuls hvis varighet hoyst er lik differansen mellom strømpulsens varighet og for-sinkelsesihtervallet; samt en OG-krets (17) koblet for å motta utgangssignalene fra såvel komparatorkretsen (26) som den ytterligere monostabile krets (16).