RU2594334C1 - Device for measurement of residual capacitance of chemical current source - Google Patents

Device for measurement of residual capacitance of chemical current source Download PDF

Info

Publication number
RU2594334C1
RU2594334C1 RU2016114324/93A RU2016114324A RU2594334C1 RU 2594334 C1 RU2594334 C1 RU 2594334C1 RU 2016114324/93 A RU2016114324/93 A RU 2016114324/93A RU 2016114324 A RU2016114324 A RU 2016114324A RU 2594334 C1 RU2594334 C1 RU 2594334C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microcontroller
capacitor
input
output
ccs
Prior art date
Application number
RU2016114324/93A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Борисович Широков
Виктор Иванович Косюк
Иван Викторович Скорик
Original Assignee
Игорь Борисович Широков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Борисович Широков filed Critical Игорь Борисович Широков
Priority to RU2016114324/93A priority Critical patent/RU2594334C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2594334C1 publication Critical patent/RU2594334C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: device for measurement of residual capacitance of a chemical current source relates to measurement equipment and can be used for permanent monitoring of an accumulator battery or a chemical current source (CCS) used in cars, electric vehicles, electric storage cars and other domestic and industrial devices, for which the power source is a CCS, which enables to prevent an unexpected failure of the CCS. Novel in the device for measuring residual capacitance of CCS is separation of the device into two units and simplification of the design, so that the first unit contains a capacitor with a charging switch, which is rigidly fixed as close as possible to the CCS terminals for the smallest length of the leads, and in the second unit there are all the other components of the device with an indicator, on which information upon the CCS residual capacitance will be displayed. Device for measurement of CCS residual capacitance consists of a capacitor with known capacity, electronic controlled switches of charge and discharge, a sampling-storage device, a voltage divider, a microcontroller, a control panel, a low-pass filter, an indicator to display the CCS residual capacity. Device is started manually or automatically. When a command comes from the control panel, a microcontroller supplies a control pulse to the sampling-storage device and saves the value of the CCS electromotive force. From the sampling-storage device output the voltage value is supplied to the microcontroller ADC module input and to the voltage divider (with the division factor of 0.9), from the output of which the voltage is supplied to the microcontroller input corresponding to the first comparator input. From the microcontroller output the control signal is supplied to the electronic switch of charge, then the capacitor starts being charged and a timer starts counting the capacitor charging time. Voltage from the capacitor being charged is supplied to the microcontroller input corresponding to the second comparator input. Second comparator is activated when its input voltage reaches 0.9 of the CCS voltage level and the timer fixes the condenser charging time. Then the microcontroller adds a correction for the capacitor charging time due to the effect of the switch resistance. Corrected value of the charging time is input in the PWM module, which generates a sequence of pulses, duration of which is inversely proportional to the charging time of the capacitor. Pulses passing through the low-pass filter form the reference voltage for the ADC.
EFFECT: program contained in the microcontroller with data processing algorithm when the computations are complete outputs the information on a display,
and the microcontroller supplies a control signal to the electronic switch of discharge, the capacitor is discharged, thus the measurement cycle is completed and the device is ready for a new measurement cycle.
1 cl

Description

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля электрической емкости аккумуляторной батареи или химического источника тока (ХИТ).The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to control the electrical capacity of a battery or a chemical current source (HIT).

Известны устройства для измерения электрической емкости ХИТ, например с помощью нагрузочной вилки. Эти устройства невозможно использовать в автоматическом режиме, они не позволяют получать точное значения электрической емкости ХИТ, сам процесс измерения предполагает расход значительного количество заряда ХИТ.Known devices for measuring the electric capacity of HIT, for example using a load plug. These devices cannot be used in automatic mode, they do not allow to obtain the exact values of the electric capacity of the HIT, the measurement process itself involves the consumption of a significant amount of charge of the HIT.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению относится "Устройство для измерения электрической емкости химических источников тока", описанное в патенте Украины № 86409, опубл. в бюл. № 8 от 27.04.09, МПК (2009) G01R 31/36, G01R 27/26, Н01М 10/48 (2009.01), заявка № а200611285 от 26.10.2006, которое содержит заряжаемый конденсатор, электронные ключи для заряда и разряда этого конденсатора, устройство выборки-хранения, делитель напряжения, компаратор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), микропроцессор, индикатор и кнопку пуска.Closest to the alleged invention relates to "Device for measuring the electrical capacitance of chemical current sources" described in the patent of Ukraine No. 86409, publ. in bull. No. 8 dated 04/27/09, IPC (2009) G01R 31/36, G01R 27/26, Н01М 10/48 (2009.01), application No. а200611285 dated 10.26.2006, which contains a rechargeable capacitor, electronic keys for charging and discharging this capacitor , sampling and storage device, voltage divider, comparator, analog-to-digital converter (ADC), digital-to-analog converter (DAC), microprocessor, indicator and start button.

В этом устройстве одна пластина конденсатора известной емкости соединена с общей шиной, а вторая - с выходом электронного ключа заряда, вход которого подключен и контролируемому ХИТ. При этом эта же пластина конденсатора подсоединена к первому входу компаратора. Вход управления ключа заряда подключен к микропроцессору. Вход устройства выборки-хранения подсоединен к ХИТ, а его выход к входу преобразования АЦП и ко входу делителя напряжения с коэффициентом деления k=0,95, выход которого подсоединен к второму входу компаратора. Вход управления устройства выборки-хранения подсоединен к микропроцессору. Выход компаратора подсоединен к микропроцессору. Электронный ключ разряда соединен параллельно конденсатору. Вход управления ключа разряда подключен к микропроцессору. Опорный вход АЦП соединен с выходом ЦАП, вход которого соединен с выходом микропроцессора. Выход АЦП соединен с микропроцессором. К микропроцессору подсоединены также блок индикации и кнопка пуска.In this device, one capacitor plate of known capacity is connected to a common bus, and the second to the output of an electronic charge key, the input of which is connected to a controlled HIT. In this case, the same capacitor plate is connected to the first input of the comparator. The control key input of the charge is connected to the microprocessor. The input of the sample-storage device is connected to the HIT, and its output is to the input of the ADC conversion and to the input of the voltage divider with a division ratio k = 0.95, the output of which is connected to the second input of the comparator. The control input of the sampling-storage device is connected to the microprocessor. The output of the comparator is connected to the microprocessor. The electronic discharge key is connected in parallel with the capacitor. The control input of the discharge key is connected to the microprocessor. The reference input of the ADC is connected to the output of the DAC, the input of which is connected to the output of the microprocessor. The ADC output is connected to a microprocessor. An indication unit and a start button are also connected to the microprocessor.

При замыкании ключа заряда контролируют процесс заряда конденсатора от ХИТ и при этом измеряют время его заряда. При достижении напряжения на конденсаторе величины 0,95 от напряжения аккумулятора или его электродвижущей силы, которое запоминается в устройстве выборки-хранения, процесс измерения времени заканчивают и измеряют остаточную емкость ХИТ а ампер-часах по следующей формуле:When the charge key is closed, the process of charging the capacitor from the HIT is monitored and the time of its charge is measured. When the voltage on the capacitor reaches 0.95 of the voltage of the battery or its electromotive force, which is stored in the sample-storage device, the time measurement process is completed and the residual capacity of HIT and ampere-hours are measured according to the following formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где С - значение емкости заряжаемого конденсатора, Ф;where C is the value of the capacitance of the charged capacitor, f;

Е0 - напряжение на измеряемом источнике тока или его ЭДС, В;E 0 - voltage at the measured current source or its EMF, V;

tch - время заряда конденсатора от измеряемого источника до величины 0,95E0, с;t ch is the charge time of the capacitor from the measured source to a value of 0.95E 0 , s;

tcоm - время, компенсирующее увеличения времени заряда конденсатора за счет конечного значения сопротивлений подводящих проводов и входного коммутатора (определяется экспериментально), с;t com is the time compensating for the increase in the charge time of the capacitor due to the final resistance values of the supply wires and the input switch (determined experimentally), s;

k - некоторый эмпирический коэффициент, устанавливаемый для каждого типа химического источника тока (для кислотных и щелочных негерметичных ХИТ k=2,2), с-1.k is a certain empirical coefficient established for each type of chemical current source (for acid and alkaline unsealed Chit k = 2.2), s -1 .

Предлагаемое устройство содержит ряд недостатков. Во-первых, устройство состоит из большого числа компонентов, что в свою очередь отражается на громоздкости и сложности конструкции. Во-вторых, устройство для измерения остаточной емкости ХИТ представляет собой моноблок, который соединяется с измеряемым ХИТ с помощью проводов, которые вносят погрешность в измерения, связанные с их омическим сопротивлением. К тому же подключение к клеммам аккумулятора обеспечивается, например, с помощью зажимов типа "крокодил", не обеспечивающих хорошего контакта, что так же уменьшает точность измерений. В-третьих, по той причине, что нельзя использовать длинные соединительные провода, оператор электрокара вынужден проводить измерения остаточной емкости аккумуляторной батареи открывая капот, что весьма неудобно в процессе эксплуатации.The proposed device contains several disadvantages. Firstly, the device consists of a large number of components, which in turn is reflected in the bulkiness and complexity of the design. Secondly, the device for measuring the residual capacitance of the CIT is a monoblock, which is connected to the measured CIT using wires, which introduce an error in the measurements associated with their ohmic resistance. In addition, the connection to the battery terminals is provided, for example, using crocodile clips that do not provide good contact, which also reduces the accuracy of the measurements. Thirdly, for the reason that it is impossible to use long connecting wires, the electric car operator is forced to measure the residual capacity of the battery by opening the hood, which is very inconvenient during operation.

В основу изобретения поставлена задача увеличения точности, упрощения конструкции, улучшение эксплуатационных свойств устройства измерения остаточной емкости ХИТ. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее электронные ключи заряда и разряда конденсатора, устройство выборки-хранения, конденсатор известной емкости, делитель напряжения, индикатор, пульт управления, отличающегося тем, что измеритель остаточной емкости разделен на два блока, при этом один блок содержит ключ заряда и конденсатор известной емкости, причем этот блок размещен под капотом автомобиля и подключен к клеммам ХИТ непосредственно посредством винтового соединения проводами минимальной длины и максимального сечения, обеспечивающими надежный и постоянный контакт этого блока с ХИТ, при этом второй блок размещают в кабине водителя или в помещении оператора, при этом второй блок содержит остальные элементы схемы, при этом во второй блок дополнительно вводят микроконтроллер со встроенными модулями аналого-цифрового преобразователя, широтно-импульсной модуляции, аналогового компаратора, при этом во второй блок дополнительно вводят фильтр нижних частот, при этом первый и второй блоки соединены между собой четырехжильным кабелем произвольной длины, при этом в первом блоке минусовой вывод ХИТ соединен с общим проводом и с первой обкладкой конденсатора известной емкости, а плюсовой вывод ХИТ соединен с первым выводом электронного ключа заряда конденсатора, второй вывод которого соединен со второй обкладкой конденсатора, при этом первый выход микроконтроллера соединен с управляющим входом электронного ключа заряда конденсатора, при этом второй выход микроконтроллера соединен с управляющим входом устройства выборки-хранения, вход которого подсоединен плюсовому выводу контролируемого ХИТ, а его выход соединен с входом делителя напряжения и первым входом микроконтроллера, являющегося входом преобразования встроенного в микроконтроллер аналого-цифрового преобразователя, при этом выход делителя напряжения соединен со вторым входом микроконтроллера, являющегося первым входом встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, при этом второй вывод электронного ключа заряда конденсатора соединен с первым выводом электронного ключа разряда конденсатора и третьим входом микроконтроллера, являющегося вторым входом встроенного в микроконтроллер компаратора, при этом второй вывод электронного ключа разряда конденсатора соединен с общим проводом, при этом вход управления электронного ключа разряда конденсатора соединен с третьим выходом микроконтроллера, при этом к четвертому входу микроконтроллера подключен пуль управления, при этом к четвертому выходу микроконтроллера, являющегося выходом встроенного в микроконтроллер модуля широтно-импульсной модуляции, подключен вход фильтра нижних частот, при этом выход фильтра нижних частот соединен с пятым входом микроконтроллера, являющегося входом опорного напряжения встроенного в микроконтроллер модуля аналого-цифрового преобразователя, при этом пятый выход микроконтроллера соединен с блоком индикации.The basis of the invention is the task of increasing accuracy, simplifying the design, improving the operational properties of the device for measuring residual capacity of HIT. This goal is achieved in that the device containing electronic keys for charging and discharging the capacitor, a sample-storage device, a capacitor of known capacity, a voltage divider, an indicator, a control panel, characterized in that the residual capacity meter is divided into two blocks, while one block contains a charge key and a capacitor of known capacity, and this unit is located under the hood of the car and connected to the HIT terminals directly by screw connection with wires of minimum length and maximum cross-sections that ensure reliable and constant contact of this unit with HIT, while the second unit is placed in the driver's cab or in the operator’s room, while the second unit contains the remaining circuit elements, and the microcontroller with integrated analog-to-digital converter modules is additionally introduced into the second unit, pulse-width modulation, an analog comparator, while the second block is additionally introduced a low-pass filter, while the first and second blocks are interconnected by a four-core cable of arbitrary length In this case, in the first block, the negative terminal of the HIT is connected to the common wire and to the first capacitor plate of a known capacity, and the positive terminal of the HIT is connected to the first terminal of the electronic key of the capacitor charge, the second terminal of which is connected to the second capacitor plate, while the first output of the microcontroller is connected with the control input of the electronic key of the capacitor charge, while the second output of the microcontroller is connected to the control input of the sample-storage device, the input of which is connected to the positive terminal of the controller HIT, and its output is connected to the input of the voltage divider and the first input of the microcontroller, which is the conversion input of the analog-to-digital converter built into the microcontroller, while the output of the voltage divider is connected to the second input of the microcontroller, which is the first input of the analog comparator built into the microcontroller, while the second the output of the electronic key of the capacitor charge is connected to the first output of the electronic key of the capacitor discharge and the third input of the microcontroller, which is second m is the input of the comparator built into the microcontroller, while the second output of the electronic key of the capacitor discharge is connected to a common wire, while the control input of the electronic key of the capacitor discharge is connected to the third output of the microcontroller, while the control panels are connected to the fourth input of the microcontroller, and the fourth output of the microcontroller , which is the output of the pulse-width modulation module built into the microcontroller, the low-pass filter input is connected, while the low-pass filter output is connected nen to a fifth input of the microcontroller, which is the reference voltage input to the embedded microcontroller module the analog-digital converter, wherein the fifth output of the microcontroller is connected to a display unit.

Сравнение предлагаемого устройства с уже известными устройствами и прототипом показывает, что заявляемое устройство проявляет новые признаки. Во-первых, достигнуто упрощение конструкции устройства, обусловленное исключением из неё ряда компонентов, при этом используются встроенные в микроконтроллер модули. Во-вторых, повышена точность измерения, обеспеченная непосредственным подключением к ХИТ электронного ключа заряда конденсатора и самого конденсатора проводами минимальной длины и максимального сечения. При этом подсоединение этой цепи к ХИТ выполняется стационарно с использованием винтовых соединений, что повышает надежность контакта. В-третьих, эксплуатационные свойства устройства существенно улучшены. Это обусловлено тем, что измеритель разделен на два блока, при этом первый блок размещен под капотом автомобиля или в любом другом аккумуляторном отсеке эксплуатируемого оборудования, а второй блок размещен в кабине водителя автомобиля или в любом другом помещении оператора. При этом первый блок содержит конденсатор известной емкости и электронный ключ заряда, которые подключены к клеммам ХИТ максимально короткими проводами максимально возможного сечения. При этом второй блок содержит все остальные элементы измерителя и соединение этих двух блоков осуществлено по четырехжильному кабелю произвольной длины. При этом эксплуатационные свойства устройства улучшены за счет того, что первый блок подключен к контролируемому ХИТ непосредственно и стационарно, а второй блок размещен в кабине водителя или оператора на произвольном удалении от первого блока. Для измерения электрической емкости ХИТ оператору не требуется предпринимать дополнительных действий по подключению измерителя к самому ХИТ. Процесс контроля остаточной емкости ХИТ можно вести перманентно на протяжении всего цикла эксплуатации ХИТ и с высокой точностью.A comparison of the proposed device with the already known devices and the prototype shows that the claimed device exhibits new features. Firstly, a simplification of the design of the device was achieved due to the exclusion of a number of components from it, while using the modules built into the microcontroller. Secondly, the measurement accuracy is improved, provided by the direct connection to the HIT of the electronic key of the capacitor charge and the capacitor itself with wires of minimum length and maximum cross section. Moreover, the connection of this circuit to the HIT is carried out stationary using screw connections, which increases the reliability of the contact. Thirdly, the operational properties of the device are significantly improved. This is due to the fact that the meter is divided into two blocks, while the first block is placed under the hood of the car or in any other battery compartment of the equipment in use, and the second block is located in the driver’s cab or in any other operator’s room. In this case, the first block contains a capacitor of known capacity and an electronic charge switch, which are connected to the HIT terminals with the shortest wires of the maximum possible cross section. In this case, the second block contains all the other elements of the meter and the connection of these two blocks is carried out on a four-core cable of arbitrary length. Moreover, the operational properties of the device are improved due to the fact that the first unit is connected directly to the controlled HIT and stationary, and the second unit is located in the driver’s or operator’s cab at an arbitrary distance from the first unit. To measure the electric capacity of the HIT, the operator does not need to take additional steps to connect the meter to the HIT itself. The process of monitoring the residual capacity of chemical components can be carried out permanently throughout the entire cycle of operation of chemical components and with high accuracy.

Схема устройства определения остаточной электрической емкости химического источника тока приведена на рисунке.A diagram of a device for determining the residual electrical capacitance of a chemical current source is shown in the figure.

Устройство содержит собственно контролируемую аккумуляторную батарею или химический источник тока 1, электронный ключ заряда конденсатора 2, конденсатор известной емкости 3, устройство выборки-хранения 4, электронный ключ разряда конденсатора 5, делитель напряжения 6, микроконтроллер 7 со встроенными модулями аналого-цифрового преобразователя, широтно-импульсной модуляции, компаратора, пульт управления 8, фильтр нижних частот 9, индикатор 10.The device contains an actually controlled battery or chemical current source 1, an electronic key for charging a capacitor 2, a capacitor of known capacity 3, a sample-storage device 4, an electronic key for discharging a capacitor 5, a voltage divider 6, a microcontroller 7 with integrated analog-to-digital converter modules, -pulse modulation, comparator, control panel 8, low-pass filter 9, indicator 10.

При этом измеритель остаточной емкости разделен на два блока, при этом один блок содержит ключ заряда и конденсатор известной емкости, причем этот блок размещают под капотом автомобиля и подключен этот блок к клеммам ХИТ непосредственно посредством винтового соединения проводами минимальной длины и максимального сечения, обеспечивающими надежный и постоянный контакт этого блока с ХИТ, при этом второй блок размещают в кабине водителя или в помещении оператора, при этом второй блок содержит остальные элементы схемы, при этом первый и второй блоки соединены между собой четырехжильным кабелем произвольной длины. При этом в первом блоке минусовой вывод ХИТ 1 соединен с общим проводом и с первой обкладкой конденсатора известной емкости 3, а плюсовой вывод ХИТ соединен с первым выводом электронного ключа заряда конденсатора 2, второй вывод которого соединен со второй обкладкой конденсатора 3, при этом первый выход микроконтроллера 7 соединен с управляющим входом электронного ключа заряда конденсатора 2, при этом второй выход микроконтроллера 7 соединен с управляющим входом устройства выборки-хранения 4, вход которого подсоединен плюсовому выводу контролируемого ХИТ 1, а его выход соединен с входом делителя напряжения 6 и первым входом микроконтроллера 7, являющегося входом преобразования встроенного в микроконтроллер аналого-цифрового преобразователя, при этом выход делителя напряжения 6 соединен со вторым входом микроконтроллера 7, являющегося первым входом встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, при этом второй вывод электронного ключа заряда конденсатора 2 соединен с первым выводом электронного ключа разряда конденсатора 5 и третьим входом микроконтроллера 7, являющегося вторым входом встроенного в микроконтроллер компаратора, при этом второй вывод электронного ключа разряда конденсатора 5 соединен с общим проводом, при этом вход управления электронного ключа разряда конденсатора 5 соединен с третьим выходом микроконтроллера 7, при этом к четвертому входу микроконтроллера 7 подключен пуль управления 8, при этом к четвертому выходу микроконтроллера 7, являющегося выходом встроенного в микроконтроллер модуля широтно-импульсной модуляции, подключен вход фильтра нижних частот 9, при этом выход фильтра нижних частот 9 соединен с пятым входом микроконтроллера 7, являющегося входом опорного напряжения встроенного в микроконтроллер 7 модуля аналого-цифрового преобразователя, при этом пятый выход микроконтроллера 7 соединен с блоком индикации 10. In this case, the residual capacity meter is divided into two blocks, while one block contains a charge key and a capacitor of known capacity, this block being placed under the hood of the vehicle and this block is connected to the HIT terminals directly by screw connection with wires of minimum length and maximum cross section, which ensure reliable and permanent contact of this unit with HIT, while the second unit is placed in the driver's cab or in the operator’s room, while the second block contains the remaining elements of the circuit, while the first and second th blocks interconnected four-wire cable of any length. In this case, in the first block, the negative terminal of HIT 1 is connected to the common wire and to the first lining of the capacitor of known capacity 3, and the positive terminal of HIT is connected to the first output of the electronic key of the charge of the capacitor 2, the second terminal of which is connected to the second lining of the capacitor 3, while the first output the microcontroller 7 is connected to the control input of the electronic key of the charge of the capacitor 2, while the second output of the microcontroller 7 is connected to the control input of the sample-storage device 4, the input of which is connected to the positive terminal of the contact HIT 1, and its output is connected to the input of the voltage divider 6 and the first input of the microcontroller 7, which is the conversion input of the analog-to-digital converter integrated into the microcontroller, while the output of the voltage divider 6 is connected to the second input of the microcontroller 7, which is the first input of the analog integrated into the microcontroller comparator, while the second terminal of the electronic key of the charge of the capacitor 2 is connected to the first terminal of the electronic key of the discharge of the capacitor 5 and the third input of the microcontroller 7, the second input of the comparator built into the microcontroller, while the second output of the electronic key of the discharge of the capacitor 5 is connected to a common wire, while the control input of the electronic key of the discharge of the capacitor 5 is connected to the third output of the microcontroller 7, while control panels 8 are connected to the fourth input of the microcontroller 7, at the same time, the input of the low-pass filter 9 is connected to the fourth output of the microcontroller 7, which is the output of the pulse-width modulation module built into the microcontroller, while the output of the filter low frequency 9 is connected to the fifth input of the microcontroller 7, which is the reference voltage input of the analog-to-digital converter module integrated in the microcontroller 7, while the fifth output of the microcontroller 7 is connected to the indication unit 10.

Работает устройство следующим образом. Процесс измерения остаточной емкости ХИТ инициируется вручную, нажатием соответствующей кнопки пульта управления 8 или автоматически по заданной программе, размещенной в микроконтроллере 7. При поступлении соответствующей команды начала измерения, непосредственно перед процессом заряда конденсатора 3, микроконтроллер 7 подает сигнал управления в виде короткого импульса на управляющий вход устройства выборки-хранения 4. При этом происходит запоминание значения электродвижущей силы ХИТ 1. Выходное напряжение устройства выборки-хранения 4 подается через делитель напряжения 6 на один из входов встроенного в микроконтроллер 7 компаратора и на вход преобразования встроенного в микроконтроллер 7 аналого-цифрового преобразователя. После этого микроконтроллер 7 формирует сигнал замыкания электронного ключа 2, и конденсатор известной емкости 3 начинает заряжаться. Одновременно с этим в микроконтроллере запускается таймер, начинающий отсчитывать временной интервал заряда конденсатора 3. Напряжение с обкладок конденсатора подается на второй вход встроенного в микроконтроллер 7 компаратора. При достижении напряжения на обкладках конденсатора величины 0,9 напряжения ХИТ компаратор срабатывает, и микроконтроллер фиксирует временной интервал tch заряда конденсатора. Далее микроконтроллер 7 вводит поправку tcom в этот временной интервал, обусловленную конечными сопротивлениями подводящих проводов и проходного сопротивления ключа 2. Эта поправка вводится единожды при программировании микроконтроллера или может корректироваться обслуживающим персоналом с помощью пульта управления и индикатора при вводе системы в эксплуатацию. Значение (tch-tcom) вводится в модуль встроенного в микроконтроллер 7 широтно-импульсного модулятора, в результате чего выходе модуля широтно-импульсного модулятора микроконтроллера 7 формируется импульсная последовательность, ширина импульсов которой прямо пропорциональна значению временного интервала (tch-tcom). Указанная импульсная последовательность подается на вход фильтра нижних частот 9, выход которого соединен со входом опорного напряжения встроенного в микроконтроллер 7 модуля аналого-цифрового преобразователя. Фильтр нижних частот 9 выделяет постоянную составляющую импульсной последовательности, в результате чего на входе опорного напряжения встроенного в микроконтроллер 7 модуля аналого-цифрового преобразователя формируется аналоговый сигнал постоянного тока, величина которого равнаThe device operates as follows. The process of measuring the residual HIT capacitance is manually initiated by pressing the corresponding button on the control panel 8 or automatically according to the specified program located in the microcontroller 7. Upon receipt of the corresponding command to start the measurement, immediately before the process of charging the capacitor 3, the microcontroller 7 sends a control signal in the form of a short pulse to the control the input of the sampling-storage device 4. In this case, the value of the electromotive force HIT 1 is stored. The output voltage of the sampling-storage device I 4 is fed through a voltage divider 6 to one of the inputs of the comparator built into the microcontroller 7 and to the conversion input of the analog-to-digital converter built into the microcontroller 7. After that, the microcontroller 7 generates a circuit signal of the electronic key 2, and the capacitor of known capacity 3 begins to charge. At the same time, a timer starts in the microcontroller, which begins to count the time interval of the charge of the capacitor 3. The voltage from the capacitor plates is supplied to the second input of the comparator built into the microcontroller 7. When the voltage on the capacitor plates reaches 0.9 HIT voltage, the comparator is activated, and the microcontroller fixes the time interval t ch of the capacitor charge. Next, the microcontroller 7 introduces the correction t com into this time interval, due to the final resistances of the lead wires and the passage resistance of the key 2. This correction is entered once during programming of the microcontroller or can be adjusted by maintenance personnel using the control panel and indicator when commissioning the system. The value (t ch -t com ) is entered into the module of the pulse-width modulator built into the microcontroller 7, as a result of which the pulse-width sequence is generated by the output of the pulse-width modulator module of the microcontroller 7, the pulse width of which is directly proportional to the value of the time interval (t ch -t com ) . The indicated pulse sequence is fed to the input of the low-pass filter 9, the output of which is connected to the input of the reference voltage of the analog-to-digital converter module built into the microcontroller 7. The low-pass filter 9 isolates the constant component of the pulse sequence, as a result of which an analog DC signal is generated at the input of the reference voltage of the analog-to-digital converter module integrated in the microcontroller 7, whose value is equal

Figure 00000002
Figure 00000002

где kPWM - коэффициент преобразования модуля широтно-импульсного модулятора с учетом прохождения сигнала через фильтр нижних частот, В/с.where k PWM is the conversion coefficient of the pulse-width modulator module, taking into account the passage of the signal through the low-pass filter, V / s.

Аналого-цифровой преобразователь осуществляет преобразование запомненного напряжения ХИТ с учетом опорного напряжения модуля, определяемым выражением (2). При этом результат преобразования NADC будет определяться следующимAn analog-to-digital converter converts the stored HIT voltage taking into account the reference voltage of the module, defined by expression (2). The result of the conversion of N ADC will be determined as follows

Figure 00000003
Figure 00000003

где kADC - коэффициент преобразования модуля аналого-цифрового преобразователя (величина безразмерная); Е0 - электродвижущая сила ХИТ. С учетом (2), получим:where k ADC is the conversion coefficient of the module of the analog-to-digital Converter (the value is dimensionless); E0 is the electromotive force of HIT. Given (2), we obtain:

Figure 00000004
Figure 00000004

По полученному значению NADC микроконтроллер производит вычисление остаточной емкости химического источника тока по следующей формуле:Based on the obtained value of N ADC, the microcontroller calculates the residual capacity of the chemical current source according to the following formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

илиor

Figure 00000006
Figure 00000006

где kPWMkCALC/kADC=k - эмпирический коэффициент (для кислотных и щелочных негерметичных ХИТ k=4,4).where k PWM k CALC / k ADC = k is the empirical coefficient (for acid and alkaline leaking CITs k = 4.4).

Из выражений (3) и (4) видно, что математическая операция деления одной измеряемой величины (Е0) на другую измеряемую величину (tch-tcom) выполняется непосредственно в процессе аналого-цифрового преобразования. Ресурсы микроконтроллера на выполнение этой операции деления не тратятся, что уменьшает объем требуемой памяти микроконтроллера, уменьшает погрешность измерения и увеличивает быстродействие выполнения данной операции. Дополнительную операцию деления С/k=CkADC/(kPWM kCALC) мы будем приводить к простой операции умножения на некоторый коэффициент, поскольку все члены, входящие в это выражение не изменяют своего значения в процессе эксплуатации системы.From the expressions (3) and (4) it can be seen that the mathematical operation of dividing one measured quantity (E 0 ) by another measured quantity (t ch -t com ) is performed directly in the process of analog-to-digital conversion. The resources of the microcontroller are not spent on performing this division operation, which reduces the amount of the required memory of the microcontroller, reduces the measurement error and increases the performance of this operation. An additional division operation C / k = Ck ADC / (k PWM k CALC ) we will lead to a simple operation of multiplication by a certain coefficient, since all terms included in this expression do not change their value during operation of the system.

Вычисленное микроконтроллером 7 значение остаточной электрической емкости ХИТ выводится на блок индикации 10. После этого микроконтроллер 7 формирует сигнал управления электронным ключом разряда 5, производя тем самым его открывание, в результате чего происходит разряд конденсатора 3 и система готова к последующим измерениям.The value of the residual electric capacitance HIT calculated by microcontroller 7 is output to indication unit 10. After that, microcontroller 7 generates a control signal for the electronic key of discharge 5, thereby opening it, as a result of which the capacitor 3 is discharged and the system is ready for subsequent measurements.

Использование в цепи заряда конденсатора от химического источника тока проводов минимальной длины и максимального сечения, а также используя стационарное винтовое подключение к ХИТ этой цепи заряда конденсатора, позволяет не учитывать омическое сопротивление проводов этой цепи, и величину tcom вводить, исключительно беря во внимание проходное сопротивление электронного ключа 2.The use of the minimum length and maximum cross-section wires in a capacitor’s charge circuit from a chemical current source, as well as using a fixed screw connection to the HIT of this capacitor charge circuit, allows not to take into account the ohmic resistance of the wires of this circuit, and enter the value of t com , taking into account the passage resistance electronic key 2.

Народнохозяйственный эффект от использования предполагаемого изобретения связан с появлением возможности перманентного контроля электрической емкости ХИТ используемых в автомобилях, электрокарах, системах бесперебойного питания, во многих других бытовых и промышленных применениях. Использование данного устройства предотвратит непредвиденный выход ХИТ из строя.The economic effect of the use of the proposed invention is associated with the emergence of the possibility of permanent control of the electric capacity of HIT used in automobiles, electric cars, uninterruptible power systems, in many other domestic and industrial applications. The use of this device will prevent an unexpected failure of the HIT.

Claims (1)

Устройство измерения остаточной электрической емкости химического источника тока, содержащее электронные ключи заряда и разряда конденсатора, устройство выборки-хранения, конденсатор известной емкости, делитель напряжения, индикатор, пульт управления, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности, упрощения конструкции, улучшения эксплуатационных свойств устройства, измеритель остаточной емкости разделен на два блока, при этом один блок содержит ключ заряда и конденсатор известной емкости, причем этот блок размещают под капотом автомобиля и подключают к клеммам ХИТ непосредственно посредством винтового соединения проводами минимальной длины и максимального сечения, обеспечивающими надежный и постоянный контакт этого блока с ХИТ, при этом второй блок размещают в кабине водителя или в помещении оператора, при этом второй блок содержит остальные элементы схемы, при этом во второй блок дополнительно вводят микроконтроллер со встроенными модулями аналого-цифрового преобразователя, широтно-импульсной модуляции, аналогового компаратора, при этом во второй блок дополнительно вводят фильтр нижних частот, при этом первый и второй блоки соединены между собой четырехжильным кабелем произвольной длины, при этом в первом блоке минусовой вывод ХИТ соединен с общим проводом и с первой обкладкой конденсатора известной емкости, а плюсовой вывод ХИТ соединен с первым выводом электронного ключа заряда конденсатора, второй вывод которого соединен со второй обкладкой конденсатора, при этом первый выход микроконтроллера соединен с управляющим входом электронного ключа заряда конденсатора, при этом второй выход микроконтроллера соединен с управляющим входом устройства выборки-хранения, вход которого подсоединен плюсовому выводу контролируемого ХИТ, а его выход соединен с входом делителя напряжения и первым входом микроконтроллера, являющегося входом преобразования встроенного в микроконтроллер аналого-цифрового преобразователя, при этом выход делителя напряжения соединен со вторым входом микроконтроллера, являющегося первым входом встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора, при этом второй вывод электронного ключа заряда конденсатора соединен с первым выводом электронного ключа разряда конденсатора и третьим входом микроконтроллера, являющегося вторым входом встроенного в микроконтроллер компаратора, при этом второй вывод электронного ключа разряда конденсатора соединен с общим проводом, при этом вход управления электронного ключа разряда конденсатора соединен с третьим выходом микроконтроллера, при этом к четвертому входу микроконтроллера подключен пуль управления, при этом к четвертому выходу микроконтроллера, являющегося выходом встроенного в микроконтроллер модуля широтно-импульсной модуляции, подключен вход фильтра нижних частот, при этом выход фильтра нижних частот соединен с пятым входом микроконтроллера, являющегося входом опорного напряжения встроенного в микроконтроллер модуля аналого-цифрового преобразователя, при этом пятый выход микроконтроллера соединен с блоком индикации. A device for measuring the residual electric capacitance of a chemical current source containing electronic keys for charging and discharging a capacitor, a sample-storage device, a capacitor of known capacity, a voltage divider, an indicator, a control panel, characterized in that, in order to increase accuracy, simplify the design, improve operational properties device, the residual capacity meter is divided into two blocks, while one block contains a charge key and a capacitor of known capacity, and this block is placed under the hood vehicle and connected to the HIT terminals directly by screw connection with wires of minimum length and maximum cross-section, ensuring reliable and constant contact of this unit with HIT, while the second block is placed in the driver's cab or in the operator’s room, while the second block contains the rest of the circuit at the same time, a microcontroller with integrated modules of an analog-to-digital converter, pulse-width modulation, and an analog comparator is additionally introduced into the second block; a low-pass filter is additionally introduced, while the first and second blocks are interconnected by a four-core cable of arbitrary length, while in the first block the negative terminal of the HIT is connected to the common wire and to the first lining of the capacitor of known capacity, and the positive terminal of the HIT is connected to the first terminal of the electronic key the capacitor charge, the second output of which is connected to the second capacitor plate, while the first output of the microcontroller is connected to the control input of the electronic key of the capacitor charge, while the second the stroke of the microcontroller is connected to the control input of the sampling-storage device, the input of which is connected to the positive terminal of the controlled HIT, and its output is connected to the input of the voltage divider and the first input of the microcontroller, which is the conversion input of the analog-to-digital converter integrated into the microcontroller, while the output of the voltage divider is connected to the second input of the microcontroller, which is the first input of the analog comparator integrated into the microcontroller, while the second output of the electronic key is charge the capacitor is connected to the first output of the electronic key of the discharge of the capacitor and the third input of the microcontroller, which is the second input of the comparator integrated into the microcontroller, while the second output of the electronic key of the discharge of the capacitor is connected to a common wire, while the control input of the electronic key of the discharge of the capacitor is connected to the third output of the microcontroller, when this is connected to the fourth input of the microcontroller control panels, while to the fourth output of the microcontroller, which is the output of the built-in Microcontroller module pulse width modulation input connected to the low-pass filter, the output of the lowpass filter is connected to a fifth input of the microcontroller, which is the reference voltage input of the module built in the microcontroller analog-to-digital converter, wherein the fifth output of the microcontroller is connected to a display unit.
RU2016114324/93A 2016-04-13 2016-04-13 Device for measurement of residual capacitance of chemical current source RU2594334C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114324/93A RU2594334C1 (en) 2016-04-13 2016-04-13 Device for measurement of residual capacitance of chemical current source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114324/93A RU2594334C1 (en) 2016-04-13 2016-04-13 Device for measurement of residual capacitance of chemical current source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2594334C1 true RU2594334C1 (en) 2016-08-10

Family

ID=56613392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016114324/93A RU2594334C1 (en) 2016-04-13 2016-04-13 Device for measurement of residual capacitance of chemical current source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2594334C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112397799A (en) * 2020-12-08 2021-02-23 北京绿能芯创电子科技有限公司 Battery management metering method and system
RU2783471C1 (en) * 2022-04-05 2022-11-14 Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" Method for determining the charge of a chemical current source

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112397799A (en) * 2020-12-08 2021-02-23 北京绿能芯创电子科技有限公司 Battery management metering method and system
RU2783471C1 (en) * 2022-04-05 2022-11-14 Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" Method for determining the charge of a chemical current source
RU2794518C1 (en) * 2022-10-19 2023-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method for determining the residual capacity of chemical current sources

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9874595B2 (en) Insulation detecting device
US10611243B2 (en) Ground fault detection apparatus
US10637267B2 (en) Battery state detection device
CN107576915B (en) battery capacity estimation method and device
US9880224B2 (en) Battery system monitoring device
US20140084867A1 (en) Secondary battery device and battery capacity estimation system
US20150369873A1 (en) Battery controller
JP2667993B2 (en) Battery voltage detector
WO2017110578A1 (en) Current monitoring circuit and coulomb counter circuit, and battery management system and motor vehicle using same
RU2006121543A (en) METHOD FOR BALANCED CHARGING OF A LITHIUM-ION OR LITHIUM-POLYMER BATTERY
JP6789046B2 (en) Rechargeable battery remaining amount detection circuit, electronic devices using it, automobiles, and charging status detection method
CN102590760A (en) Storage battery state detection device and detection method thereof
CN107843842B (en) Battery state monitoring system and method
US6861842B2 (en) Method for determining the amount of charge which can still be drawn from an energy storage battery, and an energy storage battery
TWI408393B (en) Method of estimating battery residual capacity and system using the same
US10042005B2 (en) Internal resistance calculating device
JP2017070024A (en) Battery monitoring device
RU2594334C1 (en) Device for measurement of residual capacitance of chemical current source
CN108139447B (en) Vehicle, device and method for determining battery voltage in multiple series battery strings
JP2005517962A (en) Method and circuit device for measuring average current consumption of battery drive device
CN202512219U (en) Storage battery state detection device
CN104834803B (en) Battery maximum allowable power computational methods and device
CN107024660B (en) Circuit arrangement for determining the cell voltage of a cell in a cell composite
RU2783471C1 (en) Method for determining the charge of a chemical current source
JP7107707B2 (en) Battery monitoring device and battery monitoring method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180201