(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl7 G01R 31/36 H01M 10/48 (54)Sposób i układ do kontroli stanu baterii (73) Uprawniony z patentu: Instytut Łączności, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 10/01 (72) Twórcy wynalazku: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/05 Romuald Kaniewski, Warszawa, PL Jan Komorowski, Warszawa, PL Wojciech Ostrowski, Warszawa, PL Andrzej Rydzewski, Warszawa, PL Tomasz Sikorski, Warszawa, PL Andrzej Stułka, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: Rynkiewicz Halina, Instytut Łączności PL B1 (57) 1. Sposób do kontroli stanu baterii w którym następuje w yładow anie i ładow anie akumulatora określonym i w artościam i prądu do określonego napięcia końcow ego, realizowany w czasie normalnej eksploatacji baterii, zrealizow any w układzie do kontroli stanu baterii w yposażonym w bocznik 1 prostownik przyłączony rów nolegle do baterii, w którym badana bateria połączona jest z urządzeniam i pom iarowym i, zn am ien n y tym, że m ierzy się wartości napięcia bloków oraz przetwarza się je w modułach pom iarowych napięcia bloków (4) na sygnał o zm iennej częstotliw ości 1 podaje się do testera baterii (6), następnie mierzy się napięcie badanej baterii (5) 1 podaje się do testera baterii (6), a w nim przetwarza się na sygnał o częstotliw ości zależnej od wartości mierzonego napięcia, zaś sygnał z bocznika pomiarowego (3) zależny od wartości przepływającego prądu podaje się do testera baterii (6), w którym przetwarza się na sygnał o częstotliwości zależnej od wartości sygnału z bocznika pomiarowego (3) i jednocześnie określa się kierunek przepływającego przez bocznik pomiarowy (3) prądu, a na podstawie przepływającego przez bocznik pomiarowy (3) prądu wylicza się w testerze baterii (6) ładunek dostarczony lub pobierany z badanej batem (5), a ponadto w końcowym stadium ładowania gdy wartość prądu płynącego do badanej baterii (5) jest równa ustawionej wartości zerowej, blokuje się przyrost ładunku badanej batem (5), zaś wyniki dokonanych pomiarów zapisuje się w pamięci wewnętrznej testera baterii (6), a odczyt 1 analizę dokonanych pom iarów przeprowadza się w komputerze PC (7).

2 Sposób i układ do kontroli stanu baterii Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób do kontroli stanu baterii w którym następuje wyładowanie i ładowanie akumulatora określonymi wartościami prądu do określonego napięcia końcowego, realizowany w czasie normalnej eksploatacji baterii, zrealizowany w układzie do kontroli stanu baterii wyposażonym w bocznik i prostownik przyłączony równolegle do baterii, w którym badana bateria połączona jest z urządzeniami pomiarowymi, znamienny tym, że mierzy się wartości napięcia bloków oraz przetwarza się je w modułach pomiarowych napięcia bloków (4) na sygnał 0 zmiennej częstotliwości i podaje się do testera baterii (6), następnie mierzy się napięcie badanej baterii (5) i podaje się do testera baterii (6), a w nim przetwarza się na sygnał o częstotliwości zależnej od wartości mierzonego napięcia, zaś sygnał z bocznika pomiarowego (3) zależny od wartości przepływającego prądu podaje się do testera baterii (6), w którym przetwarza się na sygnał o częstotliwości zależnej od wartości sygnału z bocznika pomiarowego (3) i jednocześnie określa się kierunek przepływającego przez bocznik pomiarowy (3) prądu, a na podstawie przepływającego przez bocznik pomiarowy (3) prądu wylicza się w testerze baterii (6) ładunek dostarczony lub pobierany z badanej baterii (5), a ponadto w końcowym stadium ładowania gdy wartość prądu płynącego do badanej baterii (5) jest równa ustawionej wartości zerowej, blokuje się przyrost ładunku badanej baterii (5), zaś wyniki dokonanych pomiarów zapisuje się w pamięci wewnętrznej testera baterii (6), a odczyt i analizę dokonanych pomiarów przeprowadza się w komputerze PC (7). 2. Układ do kontroli stanu baterii, wyposażony w bocznik i prostownik przyłączony równolegle do baterii, w którym badana bateria połączona jest z urządzeniami pomiarowymi, znamienny tym, że do badanej baterii (5) dołączony jest poprzez bocznik pomiarowy (3) zespół prostownikowy (1) połączony równolegle z regulowanym odbiornikiem do rozładowania baterii (2) oraz moduły pomiarowe napięcia baterii (4), przy czym bocznik pomiarowy (3) i moduły pomiarowe napięcia bloków (4) oraz"+" baterii (5) połączone są z testerem baterii (6), który połączony jest poprzez złącze RS z komputerem PC (7), a ponadto tester baterii (6) wyposażony jest w układ pomiaru temperatury otoczenia. * * * Sposób i układ do kontroli stanu baterii jest wykorzystywany do kontroli baterii ołowiowo-kwasowych VRLA mających zastosowanie jako zasilanie rezerwowe w przypadku zaniku sieci elektroenergetycznej. Znany z opisu patentowego DE Cl sposób kontroli dyspozycyjności baterii przeprowadzany jest w czasie jej pracy, poprzez obniżenie napięcia pracy prostownika przyłączonego równolegle do baterii, do wartości niższej od napięcia znamionowego. Wartość napięcia odpowiadającą przepływającemu przez baterię prądowi, mierzoną za pomocą bocznika pomiarowego, doprowadza się do zespołu przelicznika, do którego doprowadza się również sygnał określonej wartości czasu wyładowania. Dodatkowo mierzy się wartość napięcia na boczniku, która odpowiada prądowi dostarczonemu przez prostownik. Urządzenie do kontroli dyspozycyjności baterii w urządzeniach zasilania awaryjnego posiada połączony równolegle z baterią odbiornikiem prostownik (przy odbiornikach stałoprądowych) bądź falownik (przy odbiornikach zmiennoprądowych) zasilające odbiornik oraz umieszczony w obwodzie odbiornika bocznik pomiaru prądu. W znanym z opisu patentowego US sposobie przewidywania czasu pozostałego do pełnego rozładowania baterii do określonego napięcia końcowego, zrealizowanym w układzie kontrolowania baterii zawierającym mikroprocesor i obwód sterowania, obwód interfejsowy, łączący mikroprocesor i obwód sterowania z kontrolowanymi bateriami i zawie-

3 rający czujniki natężenia prądu i napięcia baterii, okresowo mierzy się napięcie i natężenie prądu baterii w kolejnych interwałach czasowych, na podstawie wielu pomiarów napięcia i natężenia prądu określa się, czy bateria rozładowuje się, oblicza się nachylenie charakterystyki rozładowania baterii przez określenie nachylenia krzywej reprezentującej wiele pomiarów napięcia i natężenia prądu i czas, przez co określana jest charakterystyka napięciowa w funkcji wykorzystanej pojemności w amperogodzinach. Pozostały czas wyładowania i pojemność, obliczane są na podstawie charakterystyki napięcia w funkcji wykorzystanej pojemności. Znany z opisu patentowego PL sposób kontroli stanu naładowania baterii akumulatorów polega na pomiarze sygnałów przydźwięku prądu na boczniku prądowym włączonym szeregowo w obwód baterii akumulatorów oraz na zaciskach baterii akumulatorów, które następnie wzmacnia się w układzie wzmacniaczy selektywnych zestrojonych na częstotliwość przydźwięku, korzystnie 150 Hz, i prostuje się w układzie prostowników liniowych. Tak przetworzone sygnały podaje się do układu dzielącego, w którym mierzy się w oparciu o nie rezystancję wewnętrzną baterii akumulatorów, określającą jej stan naładowania. Ocena baterii następuje na podstawie znajomości charakterystyk rozładowania baterii w funkcji zmian jej rezystancji wewnętrznej. Znane z opisu patentowego PL urządzenie służące do kontroli ładowania i stanu napięcia baterii akumulatorów na włączony na wejściu bocznik prądowy złożony z dwóch półprzewodnikowych diod dużej mocy o przeciwnych polaryzacjach, z którymi jest połączony rezystor. Urządzenie to służy jedynie do kontroli ciągłości zasilania z baterii i wykrywania mechanicznych przerw w obwodzie zasilania baterii. W znanym opisie WO 91/08494 zastosowano układ, który mierzy kilka parametrów w czasie wyładowania i oblicza, na podstawie algorytmów przechowywanych w postaci tablicy pojemność pozostałą czas wyładowania. W znanym opisie patentowym T 42398/LB układ akumulatorowy składa się z zespołu kontroli, który gromadzi informację i steruje nadzorem układu akumulatorowego za pomocą pewnej liczby różnego rodzaju modułów nadzoru. Zespół kontroli, który może komunikować się z zewnętrznym komputerem, jest połączony z modułami nadzoru za pomocą pętli komunikacyjnej, na przykład pętli światłowodowej. Stan akumulatora określany jest na podstawie wyładowania określonymi wartościami prądu do określonego napięcia końcowego, przez porównywanie zmierzonych wartości z tabelą wartości unormowanych. Przed badaniem danego typu akumulatora należy stworzyć odpowiednie tabele. Wartość napięcia poszczególnych ogniw nie jest mierzona, tylko wyliczana W znanym opisie patentowym PL układ pomiarowy do kontroli ładowania i stanu napięcia baterii akumulatorów ma włączony na wejściu bocznik prądowy przyłączony do wejścia wzmacniacza, którego wyjście jest połączone z porównującym wejściem znanego komparatora napięciowego. Znane z opisu patentowego EP urządzenie do przewidywania pozostałego czasu wyładowania baterii zawiera miernik napięcia sterowany przez realizowany program i przeznaczony do mierzenia napięcia baterii, miernik natężenia prądu sterowany przez realizowany program i przeznaczony do mierzenia natężenia prądu rozładowania baterii, przy czym sterownik realizujący zapisany program zawiera ponadto polecenia, by najpierw określić napięcie w płaskim odcinku przebiegu charakterystyki baterii i określić napięcie baterii i natężenie prądu rozładowania w przyrostowych interwałach czasowych. Wadą znanych sposobów i układów do badania akumulatorów, opisanych w powyższych znanych rozwiązaniach (poza sposobem znanym z opisu patentowego DE ) jest konieczność wyłączania baterii z normalnej pracy eksploatacyjnej na czas przeprowadzania ich badań. Sposób do kontroli stanu baterii, podczas której następuje wyładowanie i ładowanie akumulatora określonymi wartościami prądu do określonego napięcia końcowego, prowadzony w czasie normalnej eksploatacji baterii, zrealizowany w układzie do kontroli stanu baterii wyposażonym w bocznik i prostownik przyłączony równolegle do baterii, w którym badana bateria połączona jest z urządzeniami pomiarowymi, według wynalazku charakteryzuje się tym, że mierzy się wartości napięcia bloków oraz przetwarza się je w modułach pomiarowych napięcia bloków na sygnał o zmiennej częstotliwości i podaje się do testera baterii, a następ-

4 nie mierzy się napięcie baterii i podaje się do testera baterii, a w nim przetwarza się na sygnał o częstotliwości zależnej od wartości mierzonego napięcia, zaś sygnał z bocznika pomiarowego zależny od wartości przepływającego prądu podaje się do testera baterii, w którym przetwarza się na sygnał o częstotliwości zależnej od wartości sygnału z bocznika pomiarowego i jednocześnie określa się kierunek przepływającego przez bocznik pomiarowy prądu, a na podstawie przepływającego przez bocznik pomiarowy prądu wylicza się w testerze baterii ładunek dostarczony lub pobierany z badanej baterii, a ponadto w końcowym stadium ładowania gdy do baterii płynie prąd o wartości nie mającej wpływu na przyrost pojemności baterii, czyli tzw. prąd konserwujący, blokuje się przyrost ładunku baterii, zaś wyniki dokonanych pomiarów zapisuje się w pamięci wewnętrznej testera baterii, a odczyt i analizę dokonanych pomiarów przeprowadza się w komputerze PC. Układ do kontroli stanu baterii, wyposażony w bocznik i prostownik przyłączony równolegle do baterii, w którym badana bateria połączona jest z urządzeniami pomiarowymi, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do badanej baterii dołączony jest poprzez bocznik pomiarowy zespół prostownikowy połączony równolegle z regulowanym odbiornikiem do rozładowania baterii oraz moduły pomiarowe napięcia bloków, przy czym bocznik pomiarowy i moduły pomiarowe napięcia bloków oraz "+" baterii połączone są z testerem baterii, który połączony jest poprzez złącze RS z komputerem PC, a ponadto tester baterii wyposażony jest w układ pomiaru temperatury otoczenia. Zaletą sposobu i układu do kontroli baterii według wynalazku jest umożliwienie kompleksowej oceny stanu baterii poprzez pomiar wartości prądu w czasie wyładowania i ładowania ze szczególnym zwróceniem uwagi na końcowy prąd ładowania baterii, pomiar napięcia poszczególnych bloków, analizę bilansu amperogodzin wyładowania i ładowania z uwzględnieniem aktualnej temperatury otoczenia baterii. Podstawowym kryterium oceny baterii jest bilans ładunku pobranego i dostarczonego do baterii. Realizacja sposobu kontroli stanu baterii następuje przy użyciu układu do kontroli stanu baterii według wynalazku, uwidocznionego w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat blokowy układu. Do badanej baterii 5 dołączony jest poprzez bocznik pomiarowy 3 zespół prostownikowy 1, połączony równolegle z regulowanym odbiornikiem do rozładowania baterii 2 oraz co najwyżej 12 modułów pomiarowych napięcia bloków 4, przy czym bocznik pomiarowy 3 i moduły pomiarowe napięcia bloków 4 oraz "+" badanej baterii 5 połączone są z testerem baterii 6, który połączony jest poprzez złącze RS z komputerem PC 7, a ponadto tester baterii 6 wyposażony jest w układ pomiaru temperatury otoczenia. Mierzone wartości napięcia bloków przetwarzane są w modułach pomiarowych napięcia bloków 4 na sygnały o zmiennej częstotliwości zależnej od wartości mierzonego napięcia i podawane do testera baterii 6 zbudowanego na układzie mikroprocesorowym i wyposażonego w pamięć EPROM zawierającą program działania testera oraz pamięć do przechowywania danych pomiarowych. Mierzona wartość napięcia badanej baterii 5 oraz wartość spadku napięcia na boczniku pomiarowym 3 zależna od wartości przepływającego prądu przetwarzane są w testerze baterii 6 na sygnał o zmiennej częstotliwości, zależnej od wartości pomierzonych parametrów i jednocześnie określa się kierunek przepływającego przez bocznik pomiarowy 3 prądu. Tester baterii 6 zasilany jest napięciem badanej baterii 5 poprzez przewody pomiaru napięcia baterii. Tester baterii 6 zapisuje pomierzone parametry w pamięci oraz umożliwia bieżący odczyt mierzonych parametrów na wyświetlaczu. Odczyt zapisanych w pamięci danych pomiarowych możliwy jest w do wolnym miejscu i czasie-po połączeniu komputera PC 7 wyposażonego w odpowiedni program obsługi testera baterii 6, z testerem baterii 6 poprzez złącze RS 232 i dołączeniu do testera baterii 6 zasilacza 9V AC/DC. Kontrolę stanu baterii przeprowadza się następująco: Wpisuje się do pamięci testera baterii 6 parametry badanej baterii 5 oraz dane bocznika pomiarowego 3 i wartość przedziału czasowego dokonywania odczytu mierzonych parametrów. Parametrami badanej baterii 5 są: pojemność znamionowa badanej baterii 5, pojemność aktualna badanej baterii 5 odniesiona do temperatury 20 C, wartość prądu zerowego badanej baterii 5 zależna do pojemności znamionowej baterii 5. Następnie dokonuje się rozładowania badanej baterii 5, kontrolując przy uży-

5 ciu modułów pomiarowych napięcia bloków 4 napięcia poszczególnych bloków badanej baterii 5 poprzez odczyt ich wartości na wyświetlaczu testera baterii 6. W czasie rozładowania wartość napięcia bloku nie może być niższa niż określona przez producenta baterii. Jeżeli dowolny blok osiągnie dolną dopuszczalną wartość napięcia, należy przerwać proces rozładowania i włączyć proces ładowania badanej baterii 5. Proces ładowania badanej baterii 5 należy zakończyć gdy wartość mierzonego prądu płynącego do badanej baterii 5 jest równa wartości ustawionego prądu zerowego, przy której to wartości w testerze baterii 6 blokowany jest przyrost ładunku badanej baterii 5. W trakcie procesu badania badanej baterii 5 nie jest wymagane połączenie testera baterii 6 z komputerem PC 7. Po wykonaniu badań tester baterii 6 zasilany z zasilacza 9V AC/DC łączy się poprzez złącze RS 232 z komputerem PC 7 wyposażonym w program obsługi umożliwiający odczyt danych pomiarowych zapisanych w pamięci testera baterii 6. Komputer PC 7 oprócz programu obsługi testera baterii 6 powinien być wyposażony w system operacyjny Windows 95 lub wyższy, lub Windows NT 4.0 oraz program Microsoft Office 95 lub 97. Komputerowy program obsługi testera baterii 6 zapewnia odczyt zapisanych w pamięci testera baterii 6 danych oraz zapisanie ich w pliku bazowym *.mdb. Zapisane dane można przeglądać w postaci raportu wyświetlanego na ekranie monitora lub za pomocą programu Microsoft Acces i Microsoft Exel. Powyższe programy umożliwiają analizę zapisanych danych w postaci tabel, wykresów itp. Na podstawie analizy danych pomiarowych można ocenić stan badanej baterii

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.