RU2488199C2 - Device for control of electrolyte level and state of accumulator charge - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: according to the invention sensor represents metal plate connected through resistor to base of n-p-n transistor which collector is connected though diode to positive output of the accumulator while its emitter is connected to negative output of the accumulator, at that transistor together with light-emitting diode and plate is mounted into the accumulator cover and plate is placed under main electrodes of the accumulator at distance of 5-10mm. At that resistance of the resistor connected between transistor base and metal plate is defined as average value of maximum value obtained as product of LED rated current by coefficient 10⁴ and minimum value obtained as quotient of LED rated current by current gain coefficient of the transistor multiplied by coefficient 10⁵.

EFFECT: provision of permanent testing of electrolyte level and charge state for accumulators included into accumulator battery while ensuring its reliable operation within the whole service life in wide range of outdoor temperature.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в аккумуляторах открытого типа, применяющихся в составе аккумуляторных батарей в различных сферах промышленности и транспорта.The invention relates to electrical engineering and can be used in open-type batteries used in rechargeable batteries in various fields of industry and transport.

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.).A device is known - an indicator of the electrolyte level of chemical current sources, including a cap with a transparent body, under which a float with a pointer rod is placed, and a sealing seal, the float body made in the form of an inverted glass with a cavity having the shape of a truncated cone, and in the pointer rod made at least one hole connected to the tube, the end of which is located at the same level with the end of the float (patent RU No. 2182389 C2, class H01M 10/48 from 06/21/1999).

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.).A device for monitoring the level of electrolyte and battery charge, including an LED mounted in the top cover of the battery and used as a device that records the amount of current through the electrolyte, as well as an electrode located in the electrolyte 5-10 mm above the main electrodes of the battery, made in the form of a plate stainless steel, rigidly connected to the housing of the LED and connected through a resistor to the positive terminal of the battery (patent RU No. 2341852 C2, class H01M 10/48 of 11/17/2005).

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.The disadvantage of the above devices is their lack of accuracy and reliability due to the freezing of the float to the parts of the battery cover at ambient temperatures below 0 ° C, as well as the low life of metal plates due to the intense oxidation process (electrolysis) caused by increased currents in the control circuit . At negative ambient temperatures, the LED is unstable due to a decrease in electrolyte conductivity and, accordingly, the current required to ignite the LED.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности устройства и точности определения уровня электролита и заряженности аккумулятора.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to increase the reliability of the device and the accuracy of determining the level of electrolyte and battery charge.

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.The specified technical result is achieved in the device for monitoring the electrolyte level and battery charge, containing a metal plate inserted into the electrolyte, a resistor, an LED connected through a metal plate with a positive battery terminal, the device further comprising an npn type transistor located in the housing with an LED, the collector of the transistor is connected via an LED to the positive terminal of the battery, the emitter to the negative terminal of the battery, and the base is connected through a resistor to the metal plate.

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.In this case, the resistance of the resistor is defined as the average value between the maximum value obtained from the product of the nominal current of the LED by a factor of 10 ⁴ and the minimum value obtained from dividing the nominal current of the LED by the gain of the transistor current and multiplied by a factor of 10 ⁵ .

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.The operation of the device is illustrated in figure 1 and figure 2, for example, a lead battery. In Fig.1 shows a General view of the battery with a device for monitoring the level of electrolyte and charge, and Fig.2 is an electrical diagram of the device.

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.The device contains a LED 3, a transistor 4 and a resistor 5 located in the housing 2, mounted in the cover of the battery 7, as well as a metal plate 10, the lower end of which is immersed in the electrolyte 8 and is located above the electrodes of the battery 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.The upper end of the plate 10 is connected through a resistor 5 to the base of the transistor 4. The collector of the transistor 4 is connected via an LED 3 to the positive terminal of the battery 1. The emitter of the transistor 4 is connected to the negative terminal of the battery 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.At a normal electrolyte level, the lower end of the plate 10 is immersed in the electrolyte 8 and thereby creates a closed circuit for the passage of electric current: from the positive terminal of the battery 1, through the electrolyte 8, plate 10, resistor 5 and the base-emitter junction of transistor 4 to the negative terminal of battery 6 The magnitude of this current does not exceed 40-50 μA and therefore does not lead to intense oxidation and electrolysis of the plate 10, but provides the inclusion of the transistor 4 at electrolyte temperatures from -40 to + 50 ° C. An electric current will pass through the LED 3 through the circuit: the positive terminal of the battery 1, the LED 3, the collector-emitter junction of the transistor 4, the negative terminal of the battery 6. At the same time, a voltage of 2 ÷ 3 V will appear on the LED 3, sufficient for the LED to glow. The glow of LED 3 is a sign of a normal electrolyte level in the battery.

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.When the electrolyte level in the battery decreases below the permissible limit, the contact of the plate 10 with the electrolyte 8 is broken, the electric current passing through the base-emitter junction of the transistor 4 is interrupted, the transistor turns off and the LED 3 does not light. The absence of glow of the LED 3 is a sign of a low level of electrolyte in the battery.

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.When lowering the voltage level at the battery terminals due to its discharge or self-discharge, the current through the LED automatically decreases. Accordingly, the intensity of the glow of the LED decreases. A decrease in the LED intensity is a sign of a decrease in battery voltage. In the process of inspection of batteries, operating personnel can visually (i.e. without the use of measuring tools) determine the voltage drop of individual batteries by a comparative change in the intensity of the glow of their LEDs.

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.Thus, in the proposed device due to the significantly small amount of current passing through the metal plate 10, in comparison with the prototype, the destruction of the metal in the plate is eliminated and the LED is operable in the entire temperature range of the electrolyte.

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.Experimental studies of the operation of the device, carried out in the entire range of outdoor temperatures during the year, showed the reliable operation of the described device, which is confirmed by the absence of thinning of metal plates and the absence of traces of electrolysis.

Новое устройство позволит увеличить срок службы аккумуляторов до 10-15 лет.The new device will increase battery life up to 10-15 years.

Claims (2)

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.1. A device for monitoring the electrolyte level and battery charge, containing a metal plate inserted into the electrolyte and an LED connected via a metal plate to the positive and negative terminal of the battery, as well as a resistor, characterized in that an n-p-n type transistor is inserted into it, whose collector is connected via an LED to the positive terminal of the battery, the emitter to the negative terminal, and the base is connected to the metal plate through a resistor. 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. 2. The device according to claim 1, characterized in that the resistance value of the resistor is determined as the average value between the maximum value obtained from the product of the nominal current of the LED by a factor of 10 ⁴ and the minimum value obtained from dividing the nominal current of the LED by the gain of the current transistor and multiplied by a factor of 10 ⁵ .

Images