Устройство для моделирования аккумуляторной батареи

Устройство для моделирования аккумуляторной батареи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, содержащее первый сумматор, второй сумматор, выход которого является выходом устройства, функциональный преобразователь типа зоны нечувствительности, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, масштабирующий усилитель, вход которого является входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования аккумуляторных батарей большой емкости, оно дополнительно содержит счетчик ампер-часов и узел коррекции выходного напряжения, состоящий из последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, элемента И, последовательно соединенных генератора импульсов и делителя частоты, последовательно соединенных реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя , выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя и второму входу второго сумматора, третий вход которого является входом опорного сигнала устройства, а четвертый вход второго сумматора подключен к выходу первого сумматора (/) и другому входу схемы сравнения, первый выход делителя частоты соединен с другим входом элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, вход счетчика ампер-часов соединен с входом устройства, а выход подключен к входу функционального преобразователя типа зоны нечувствительности .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) э(5)) С 06 G 7 48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3508618/24-24 (22) 05.11.82 (46) 15. 12.84. Бюл. № 46 (72) Н.И.Дуплин, С.P.Èâàíîâ, Н.С.Некипелов, С.И.Орлов и Н.Я.Пинигин (53) 681.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 432540, кл. G 06 G 7/48, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР

¹ 643912, кл. G 06 G 7/62, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР № 796868, кл. G 06 С 7/48, 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, содержащее первый сумматор, второй сумматор, выход которого является выходом устройства, функциональный преобразователь типа зоны нечувствительности, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, масштабирующий усилитель, вход которого явля. ется входом устройства, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования аккумуляторных батарей большой емкости, оно дополнительно содержит счетчик ампер-часов и узел коррекции выходе ного напряжения, состоящий иэ последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, элемента И, последовательно соединенных генератора импульсов и делителя частоты, последовательно соединенных реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя и второму входу второго сумматора, третий вход которого является входом опорного сигнала устройства, а четвертый вход второго сумматора подключен к выходу первого сумматора . и другому входу схемы сравнения, первый выход делителя частоты соединен с другим входом элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, вход счетчика ампер-часов соединен с входом устройства, а выход подключен к входу функционального преобразователя типа зоны нечувствительности.

1 11296

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к электрическому моделированию, и может быть использовано при построении имитаторов химических 5 батарей.

Известно устройство для моделирования аккумуляторных батарей, содержащее сумматор, усилители и интеграторы (1) .

К-недостаткам такого устройства следует отнести низкую точность моделирования.

Известно также устройство для моделирования аккумуляторных батарей, содержащее сумматоры, усилители и блоки задания переменных коэффициентов, в которое для повышения точ ности моделирования введен эталонный источник тока (2) .

Недостаток такого устройства— невысокая надежность, связанная с ограниченным ресурсом работы эталонного источника тока, представляющего собой один элемент моделируемой аккумуляторной батареи.

"Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее инвертор, вход которого является первым входом устройства, выход инвертора подключен к первому входу первого функционального преобразователя, интегратор, блок деления, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй сумматор, второй, третий и четвертый функцио- 35 .нальные преобразователи, выпрямитель и блок умножения, первый вход которого является первым входом устройства, а выход подключен к первому входу второго сумматора, выход кото- 40 рого является выходом устройства, выход первorо функционального лреобра— эователя через интегратор подключен к входу второго функционального преобразователя и к первым входам . 4. третьего и четвертого функционально го преобразователя,вторые входы которых объединены и являются вторым входом устройства, выход инвертора через выпрямитель соединен с первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу четвертого функционального преобразователя, выходы второго и третьего функциональных преобразователей соединены с вторыми входами соответственно второго и первого сумматоров, выход первого сумматора подключен к.второму входу блока умножения (3) .

29 2

Недостаток такого устройства заключается в сравнительно невысокой точности моделирования батарей большой емкости, обусловленной применением аналоговых интегрирующих устройств, а также в невозможности моделирования батарей, напряжение поляризации которых изменяется по экспоненциальному закону.

Целью изобретения является повышение точности моделирования аккумуляторных батарей большой емкости.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый сумматор, второй сумматор, выход которого является выходом устройства, функциональный преобразователь типа эоны нечувствительности, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, масштабирующий усилитель, вход которого является входом устройства, введены счетчик ампер-часов и узел коррекции выходного напряжения, состоящий из последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, элемента И, последовательно соединенных генератора импульсов и делителя частоты, последовательно соединенных реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя и второму входу второго сумматора, третий вход которого является входом опорного сигнала устройства, а четвертый вход второго сумматора подключен к выходу первого сумматора и другому входу схемы сравнения, первый выход делителя частоты соединен с другим входом элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, вход счетчика ампер-часов соединен с входом устройства, а выход подключе к входу функционального. преобразователя типа эоны нечувствительности.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для моделирования аккумуляторной батареи; на фиг. 2 — схема замещения аккумулятора; на фиг. 3 — график характеристики функционального преобразователя; на фиг. 4 — временные диаграммы.

3 1!29629

Устройство состоит из масштабного усилителя 1, счетчика ампер-часов

2, функционального преобразователя типа зоны нечувствительности 3, второго сумматора 4,.первого суммато. ра 5, схемы сравнения 6, генератора пилообразного напряжения 7, генерато. .ра импульсов 8, делителя частоты 9, элемента И 10, реверсивного счетчика

I1(импульсов)и цифро-аналогового пре- 10 образователя 12. Совокупность блоков

6 — 12 образует узел коррекции выходного напряжения 13.

Устройство для моделирования аккумуляторной батареи работает следующим образом.

На первый вход устройства поступает напряжение, пропорциональное величине и знаку протекающего по моделируемой батарее тока. Счетчик 2

20 ампер-часов определяет текущую емкость батареи, а функциональный преобразователь 3 корректирует величину ЭДС аккумуляторной батареи в режимах, когда она близка к состоянию полного заряда или состоянию полного разряда(резкоизменяющиеся ветви зарядно-разрядных характеристик, см. фиг. 3}. Начальное значение

ЭДС батареи задается напряжением Ид,. поступающим на второй вход устройства.

Масштабный усилитель и элементы .5 — 12 устройства обеспечивают коррекцию напряжения на внутреннем сопротивлении батареи. Устройство предназначено для моделирования 35 батарей, внутреннее сопротивление которых носит активно-емкостной характер(фиг. 2). Падение напряжения на таком сопротивлении для единичного скачка тока определяется в соответ- 10 ствии с выражением

r„,((a,.a,)-а,е " ) 45

При отсутствии тока аккумуляторной батареи(Ц ф напряжения с выхода усилителя 1 и сумматора 5 равны нулю. В результате сравнения напряжений сумматора 5 и генератора 7 на выходе схемы сравнения 6 образуются ШИХ импульсы, коэффициент заполнения (которых равен 0 5.

Делитель частоты 9 на .своих выходах образует две последовательности импульсов, при этом частота импульсов, поступающих на суммирующий вход счетчика ll, s два раза ниже частоты импульсов, поступающих на один из входов элемента И 10. При 0 =0,5 количество импульсов, поступивших за один период пилообразного напряжения генератора 7 через элемент 10 на вычитающий вход счетчика !1, равно количеству импульсов, поступивших на вход прямого счета того же счетчика. В этом случае выходные напряжения счетчика ll и преобразователя 12 не изменяются во времени.

Пусть s какой-то момент времени зарядный ток батареи(!! 1 скачкообразно возрастает до определенной величины. С выхода усилителя I напряжение, пропорциональное величине

Г1,(Р, Я ) поступает на неинвертирующий вход сумматора 4 и вход сумматора 5. Выходное напряжение последнего поступает на инвертирующий вход сумматора 4, где происходит образование напряжения, пропорционального pasности (.для =0 имеем j> . g,) . Появление напряжения положительной полярности на выходе сумматора 5 увеличивает коэффициент заполнения на выходе схемы сравнения б, при этом увеличивается число импульсов, поступающих за период пилообразного напряжения с выхода элемента И 10 на вычитающнй вход счетчика II. Так как число импульсов, поступающих в единицу

4 времени на суммирующий вход, остается пОстоянным, тО напряжение U > на выходе преобразователя 12 стано».. вится отрицательным.и растет по абсолютному значению." Скорость его изменения прямо пропорциональна величине отклонения 6q и величине выходного напряжения сумматора 5, которое в свою очередь, определяется значением И (!с1 (к,ig 1- ц,, ), где

К вЂ” коэффициент пропорциональности.

По мере роста tlI< напряжение И уменьшается, уменьшается при этом и скорость изменения И! вплоть до нуля,когдаИ„ достигнет по абсолютному значению величины g I !1, i!I ).

При U =0 коэффициент заполнения q

5 снова становится равным 0 5 что приводит к выравниванию количества импульсов, поступающих за один пери« од пилообразного напряжения .На входы прямого и обратного счета преобразователя счетчика 11.

1129629

11е трудно показать, что уменьшение напряжения Ц- происходит по экспо1! ненциальному закону (1 (о)р, где

Т вЂ” постоянная времени, определяемая частотой импульсов генератора 8, коэффициентом деления делителя 9 и глубиной двоичного счетчика 11.

Выбирая, например, коэффициент деления делителя 9, можно добиться, чтобы выполнялось условие Т= с 1 при этом изменение напряжения Llp во времени от величины протекающего тока происходит в точном соответствии с выражением (!) .

20

В режиме разряда устройство работает аналогично, с той лишь разницей, что изменяется на обратную полярность напряжения на выходах элементов

1,5,!2.

Преимущества предложенного устройства перед известными состоят в следующем.

В известных устройствах для моделирования изменяющихся во времени параметров аккумуляторной батареи (ЭДС поляризации, внутреннее сопротивление).применяются аналоговые интеграторы на основе операционного усилителя и Д9 †цепоч (1, 1) . Время интегрирования таких цепей ограни— чено десятками секунд — единицами минут, что не позволяет применять известные устройства для моделирования батарей большой емкости в реальном масштабе времени.

В предложенном устройстве интегрирование во времени осуществляется цифровым способом, при этом современная элементная база(двоичные реверсивные счетчики) позволяет моделировать аккумуляторные батареи, постоянная времени которых достигает единиц часов и более. Поэтому точность моделирования батарей большой емкости в предложенном устройстве значительно выше, чем в известных, Известные устройства моделирования аккумуляторных батарей учитывают изменения активного сопротивления батареи и ЭДС поляризации в зависимости от текущего значения емкости батареи, а потому не могут быть применены для моделирования аккумуляторов, параметры активно-емкостного сопротивления которых не определяются количеством ампер-часов, принятых или отданных батареей.

1l29629

1129629

Ти аж 698 По писн е, г.Ужгород, ул.Проектная, 4