Патент на изобретение №2371892

(54) СТЕЛЛАЖ ДЛЯ ЗАРЯДА И ТРЕНИРОВКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ “ПРИЗМА”

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии электрических батарей, в частности аккумуляторных батарей, а именно: свинцовых стартерных электролитных аккумуляторных батарей, емкостью до 200 А/ч. Стеллаж содержит стол (1) с ячейками (2) для аккумуляторных батарей (АБ), снабженных контактами для подключения к источнику питания, аккумуляторные батареи (4). Стол (1) – металлическая рама на ножках со столешницей в виде рольганга (5) из независимых секций по числу АБ (4). Каждая секция рольганга (5) установлена в раме на соответствующий поддон (6). Боковые (7) и задняя (8) стенки стеллажа объединены крышкой (9). Боковые стенки (7) и крышка (9) выполнены из прозрачного материала. Рама стола заземлена. Снаружи задней стенки (8) закреплен воздуховод (10) для подключения к вытяжному вентилятору. Стеллаж имеет возможность программного управления процессом заряда/разряда АБ. Для чего в стеллаж введены программно управляемые измерительные адаптеры с панелями индикации. К адаптерам подключены датчики напряжения на АБ (4) и аккумуляторах АБ (4) и датчики температуры электролита. На панелях индикации отображается состояние АБ (4): включение; заряд; разряд; блокировка; шкала уровня заряда АБ; работа; наличие связи по сети управления зарядом/разрядом. Технический результат состоит в возможности программного управления процессом заряда/разряда АБ, улучшении условий заряда АБ, снижении опасности работы со стеллажом. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии электрических батарей, в частности аккумуляторных батарей, а именно: свинцовых стартерных электролитных аккумуляторных батарей, емкостью до 200 А/ч.

Известен стеллаж для заряда и тренировки аккумуляторных батарей, содержащий аккумуляторные батареи, установленные в ячейки для аккумуляторных батарей (АБ), снабженные контактами для подключения к источнику питания, и подвижную каретку для поочередного измерения напряжения на АБ. Стеллаж выполнен с возможностью программно-электромеханического управления процессом заряда/разряда АБ (СССР, а.с. 729701, Н01М 10/48, 25.04.80).

Недостаток известной конструкции стеллажа состоит, прежде всего, в том, что он не позволяет производить операции заряда и тренировки электролитных АБ. Это объясняется тем, что в стеллаже отсутствует система вентиляции, необходимая при заряде электролитных аккумуляторов, в которых электролит при перегреве выделяет ядовитые пары. Кроме того, в известном стеллаже не предусмотрена возможность измерения температуры электролита для предотвращения его перегрева, а также возможность измерения напряжения на отдельных аккумуляторах батареи. При этом поочередное измерение напряжения на АБ посредством электромеханического управления процессом заряда/разряда, а также сама поочередность измерения напряжения на АБ обуславливает возможность перезаряда АБ и возникновения других нежелательных ситуаций из-за возникающей при этом временной задержки, что ухудшает условия заряда/разряда АБ и снижает срок их службы. Выполнение известного стеллажа с возможностью программно-электромеханического управления процессом заряда/разряда АБ ухудшает условия заряда/разряда АБ из-за наличия переходных контактов электромеханической части, коммутационных проводов, релейных шаговых коммутируемых элементов, так как в этом случае необходимый контроль процесса заряда/разряда АБ происходит с временной задержкой. Последнее также обуславливает возможность перезаряда АБ и возникновения других нежелательных ситуаций, что не только ухудшает условия заряда/разряда АБ, но и повышает опасность работы со стеллажом из-за возможности аварийных ситуаций с АБ из-за несоблюдения режима заряда/разряда.

Наиболее близким к предлагаемому является стеллаж для заряда и тренировки аккумуляторных батарей, в том числе электролитных, содержащий стол с ячейками для аккумуляторных батарей (АБ), снабженных контактами для подключения к источнику питания, и аккумуляторные батареи, при этом стол состоит из металлической рамы на ножках, а столешница выполнена в виде рольганга, состоящего из независимых секций по числу АБ, каждая секция рольганга установлена в раме на соответствующий поддон, кроме того, стеллаж снабжен боковыми и задней стенками, которые объединены крышкой из прозрачного материала с образованием замкнутого объема, откидывающейся к задней стенке, и воздуховодом для подключения к вытяжному вентилятору, установленному под рольгангами («Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи» /Руководство/ утв. зам. начальника Главного бронетанкового управления и зам. начальника Автотракторного управления, М.: Воениздат Мин. обороны СССР, 1983 г., рис.41, с.51).

Основной недостаток известного стеллажа, прежде всего, состоит в отсутствии в стеллаже индикации результатов контроля состояния АБ, а также в отсутствии средств контроля непосредственно в стеллаже, а именно: датчиков напряжения и датчиков температуры электролита, что снижает оперативность контроля процесса заряда/разряда АБ, а следовательно, ухудшает условия заряда/разряда АБ и снижает срок их службы. Кроме того, известный стеллаж выполнен с возможностью ручного управления процессом заряда/разряда АБ, что не позволяет оперативно реагировать на изменения в режиме процесса заряда/разряда АБ, а также вносит в процесс заряда/разряда субъективный фактор и, следовательно, ухудшает условия процесса и снижает срок службы АБ. При этом поскольку воздуховод для подключения к вытяжному вентилятору установлен под рольгангами, то в результате при вскипании электролита в воздуховод попадают только тяжелые пары, а водородная составляющая остается вверху под крышкой стеллажа. Это повышает опасность работы со стеллажом.

Таким образом, выявленные в процессе патентного поиска стеллажи для заряда и тренировки аккумуляторных батарей при осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в возможности программного управления процессом заряда/разряда АБ, в улучшении условий заряда АБ и в снижении опасности работы со стеллажом.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания стеллажа для заряда и тренировки аккумуляторных батарей, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в возможности программного управления процессом заряда/разряда АБ, в улучшении условий заряда АБ и в снижении опасности работы со стеллажом.

Сущность изобретения состоит в том, в стеллаже для заряда и тренировки аккумуляторных батарей «Призма», содержащем стол с ячейками для аккумуляторных батарей (АБ), снабженных контактами для подключения к источнику питания, и аккумуляторные батареи, при этом стол состоит из металлической рамы на ножках, а столешница выполнена в виде рольганга, состоящего из независимых секций по числу АБ, каждая секция рольганга установлена в раме на соответствующий поддон, кроме того, стеллаж снабжен боковыми и задней стенками, которые объединены крышкой с образованием замкнутого объема, откидывающейся к задней стенке, при этом боковые стенки и крышка выполнены из прозрачного материала; и воздуховодом для подключения к вытяжному вентилятору, новым является то, что рама стола заземлена, а воздуховод для подключения к вытяжному вентилятору закреплен снаружи задней стенки, причем воздуховод сообщен с верхней частью внутреннего пространства замкнутого объема и с пространством под рольгангами, кроме того, в стеллаж введены программно управляемые измерительные адаптеры по числу гнезд для АБ, которые размещены на задней стенке стеллажа над уровнем закрытой крышки, выходы адаптеров снабжены кабелями для подключения к интерфейсу, кроме того, каждый измерительный адаптер снабжен панелью индикации, отображающей состояние АБ: включение; заряд; разряд; блокировка; шкала уровня заряда АБ; работа; наличие связи по сети управления зарядом/разрядом; кроме того, по числу гнезд для АБ в стеллаж введены датчики напряжения и датчики температуры электролита, выходы которых подключены к входам соответствующих адаптеров, причем датчики напряжения установлены с возможностью измерения напряжения как на АБ, а так и на отдельных аккумуляторах АБ, а датчики температуры электролита установлены в каждой АБ в среднем аккумуляторе в отверстие для заливки электролита.

Технический результат достигается следующим образом.

Наличие стола с ячейками для аккумуляторных батарей (АБ), снабженных контактами для подключения к источнику питания, обеспечивает возможность подключения АБ к источнику питания и возможность установки контролирующего оборудования индивидуально для каждой АБ, что обеспечивает возможность выполнения заряда/разряда АБ. Поскольку стол состоит из металлической рамы на ножках – обеспечивается жесткость и надежность конструкции, которая выдерживает большие нагрузки. Кроме того, выполнение рамы металлической позволяет выполнить заземление стола, что исключает попадание под напряжения обслуживающего персонала. Все это повышает безопасность работы со стеллажом.

Выполнение столешницы в виде рольганга, состоящего из независимых секций по числу АБ, позволяет легко как установить тяжелую АБ в ячейку, так и вынуть из нее, что снижает опасность работы со стеллажом.

Поскольку каждая секция рольганга установлена в раме на соответствующий поддон, электролит, выбрызгиваемый при вскипании, стекает в поддон, что снижает опасность работы со стеллажом. При этом благодаря тому, что стеллаж снабжен боковыми и задней стенками, которые объединены крышкой с образованием замкнутого объема, причем боковые стенки и крышка выполнены из прозрачного материала, также обеспечивается безопасность работы со стеллажом, так как обеспечивается возможность визуального контроля за процессом заряда/разряда, обеспечивается защита обслуживающего персонала от разбрызгиваемого при вскипании электролита и выделяемых при этом ядовитых паров. Кроме того, выполнение боковых стенок и крышки из прозрачного материала обеспечивает возможность визуального контроля за процессом заряда/разряда по контролирующим приборам, что также повышает безопасность работы со стеллажом и обеспечивает возможность оперативного контроля процесса заряда/разряда АБ. Последнее улучшает условия заряда АБ, обеспечивает щадящий режим заряда и, тем самым, продлевает срок службы АБ.

Выполнение крышки откидывающейся к задней стенке не занимает свободное пространство перед АБ и обеспечивает к АБ свободный доступ, что повышает безопасность работы со стеллажом.

Воздуховодом для подключения к вытяжному вентилятору обеспечивается вытяжка ядовитых паров из замкнутого объема стеллажа при закрытой крышке. Благодаря тому, что воздуховод для подключения к вытяжному вентилятору закреплен снаружи задней стенки стеллажа, обеспечивается свободный доступ для визуального осмотра и ремонта, что повышает безопасность работы со стеллажом. Поскольку воздуховод сообщен с верхней частью внутреннего пространства замкнутого объема стеллажа и с пространством под поддонами рольгангов, то при вскипании электролита в воздуховод попадают как тяжелые кислотные пары, скапливающиеся под рольгангами, так и водородная составляющая, которая скапливается вверху замкнутого объема под крышкой стеллажа, что повышает безопасность работы со стеллажом.

Введение в стеллаж программно управляемых измерительных адаптеров, выходы которых выполнены с возможностью подключения к интерфейсу, обеспечивает возможность программного управления процессом заряда/разряда АБ. В результате это позволяет выполнять заряд/разряд АБ программно, и в зависимости от выполнения программно управляющего устройства (только системный контроллер или системный контроллер с ПЭВМ), дает возможность контроля режима заряда/разряда АБ как только в программно заданные временные точки, так и выборочно по усмотрению оператора, т.е. обеспечивает возможность постоянного мониторинга процесса заряда/разряда АБ, ее отдельных аккумуляторов. При этом расширяется объем информации, позволяющий принимать оперативные решения для исключения перезаряда АБ и возникновения других нежелательных ситуаций. Это обеспечивает щадящий режим обслуживания АБ и продлевает срок ее службы.

Введение датчиков температуры электролита, установленного в среднем аккумуляторе в отверстие для заливки электролита, выходы которых подключены к входам соответствующих адаптеров, обеспечивает возможность выполнения операций заряда/разряда электролитных АБ, поскольку это позволяет контролировать температуру электролита в процессе заряда АБ в реальном масштабе времени, что позволяет своевременно предупредить вскипание электролита АБ и улучшает условия заряда АБ, обеспечивая щадящий режим заряда АБ, а следовательно, продлевает срок службы АБ.

Введение датчика напряжения, установленного с возможностью измерения напряжения на АБ, а также напряжения на отдельных аккумуляторах АБ в режиме контрольно-тренировочного цикла, позволяет непрерывно в реальном масштабе времени измерять и контролировать изменение напряжение, что позволяет своевременно предупредить перезаряд АБ и улучшает условия заряда АБ, обеспечивает щадящий режим заряда АБ, а следовательно, продлевает срок их службы. Кроме того, возможность контроля изменения напряжения позволяет в заявленном комплексе выполнять заряд аккумулятора при постоянной величине зарядного тока. Использование этого способа заряда АБ при одновременном обслуживании нескольких АБ упрощает их подбор в группы, так как в этом случае АБ подбирают только по одному признаку, а именно: по рабочему напряжению батареи, что снижает вероятность неправильного выбора режима заряда/разряда АБ и улучшает условия заряда АБ, продлевая срок их службы.

Программно управляемый измерительный адаптер, благодаря заявленным связям с выходами датчика напряжения и датчика температуры электролита, преобразует выходные сигналы с их выходов в цифровой код. В результате, обеспечивается возможность введения информации о температуре электролита и напряжении на АБ или аккумуляторах АБ через интерфейс в управляющее программируемое устройство, а также о правильности подключения АБ. Благодаря тому, что измерительный адаптер снабжен панелью индикации, выполненной с возможностью отображения информации: включение; заряд; заряд; блокировка; шкала уровня заряда АБ; работа; наличие связи по сети; обеспечивается возможность визуального оперативного контроля выполнения обслуживания АБ, что также обеспечивает щадящий режим заряда АБ.

Из вышеизложенного следует, что введение установленных в стеллаже программно управляемых измерительных адаптеров по числу гнезд для АБ, выходы которых снабжены кабелями для подключения к интерфейсу, а также введение по числу гнезд для АБ датчиков напряжения и датчиков температуры электролита, выходы которых подключены к входам соответствующих адаптеров, причем датчики напряжения установлены с возможностью измерения напряжения как на АБ, так и на отдельных аккумуляторах АБ, а датчики температуры электролита установлены в каждой АБ в среднем аккумуляторе в отверстие для заливки электролита, обеспечивает возможность программного управления процессом заряда/разряда АБ. Это, в свою очередь, позволяет использовать для управления зарядом/разрядом АБ управляющее программное устройство с использованием ПЭВМ. В результате появляется возможность использования диалогового режима для получения текущей информации о состоянии АБ в графическом виде на экране дисплея в реальном масштабе времени: результаты выборочного или постоянного мониторинга процесса заряда АБ. Это повышает мобильность контроля параметров процесса заряда/разряда АБ, увеличивает количество контролируемых параметров, а также обеспечивает возможность выполнения выборочного контроля параметров режима заряда/разряда отдельных АБ в реальном масштабе времени. В результате обеспечивается щадящий режим заряда/разряда АБ и, как следствие, увеличивается срок службы АБ.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что заявленный стеллаж для заряда и тренировки аккумуляторных батарей при осуществлении позволяет достичь технического результата, заключающегося в возможности программного управления процессом заряда/разряда АБ, в улучшении условий заряда АБ и в снижении опасности работы со стеллажом.

На фиг.1 изображен стеллаж для заряда и тренировки аккумуляторных батарей «Призма» (вид сбоку); на фиг.2 – вид спереди (упрощенно).

Стеллаж для заряда и тренировки аккумуляторных батарей «Призма» содержит стол 1 с ячейками 2 для аккумуляторных батарей (АБ), снабженных контактами 3 для подключения к источнику питания (не показан), и аккумуляторные батареи 4. Разводка силовых кабелей не показана. Стол 1 состоит из металлической рамы на ножках, а столешница выполнена в виде рольганга 5, состоящего из независимых секций по числу АБ 4. Каждая секция рольганга 5 установлена в раме на соответствующий поддон 6. Стеллаж снабжен боковыми 7 и задней 8 стенками, которые объединены крышкой 9 с образованием замкнутого объема, откидывающейся к задней стенке 8. Боковые стенки 7 и крышка 9 выполнены из прозрачного материала. Рама стола заземлена. Снаружи задней стенки 8 закреплен воздуховод 10 для подключения к вытяжному вентилятору. Воздуховод 10 сообщен посредством соответствующих шторок 11 и 12 с верхней частью внутреннего пространства замкнутого объема и с пространством под рольгангами 5. В стеллаж введены программно управляемые измерительные адаптеры 13 по числу гнезд 2 для АБ 4, снабженные панелями индикации 14. Адаптеры 13 и панели индикации 14 размещены на задней стенке 8 стеллажа над уровнем закрытой крышки 9. Выходы адаптеров 13 снабжены кабелями для подключения к интерфейсу (не показано). На панелях индикации 14 отображается состояние АБ 4: включение; заряд; разряд; блокировка; шкала уровня заряда АБ; работа; наличие связи по сети управления зарядом/разрядом. По числу гнезд 2 для АБ 4 в стеллаж введены, подключенные к входам соответствующих адаптеров 13 через гнезда 15 и 16 соответственно, датчики напряжения 17 и датчики температуры 18 электролита. Датчики напряжения 17 установлены с возможностью измерения напряжения как на АБ 4, а так и на отдельных аккумуляторах АБ 4. Датчики температуры 18 электролита установлены в каждой АБ 4 в среднем аккумуляторе в отверстие для заливки электролита.

В примере выполнении стеллажа панели индикации 4 и гнезда 15, 16 подключены к адаптерам 13 через канал 19 для кабелей, выполненный в форме прямоугольной трубы, закрепленной на задней стенке 8 стеллажа под адаптерами 13 и панелями индикации 14.

Положение АБ 4 в ячейке 2 фиксирует упор 20.

Датчики напряжения 17 представляют собой провод, заканчивающийся контактным элементом, например, типа «крокодил». При этом «крокодил» подсоединяют к контролируемым клеммам АБ 4 или к аккумулятору АБ, а второй конец провода подключен стационарно к адаптеру 13.

Датчик температуры 18 может быть выполнен, например, на микросхеме AD22100K1. На выходе датчика температуры напряжение, пропорциональное температуре.

Программно управляемые измерительные адаптеры 13 представляют собой контроллер, выполненный, например, на микропроцессоре PIK18F252, на входе которого установлен аналоговый коммутатор, выполненный, например, на полевом транзисторе 2N7002LT1. В примере выполнения стеллажа адаптер 13 выполнен 4-канальным.

Стеллаж для заряда и тренировки аккумуляторных батарей используют следующим образом. При откинутой вверх крышке 9 по рольгангу 5 закатывают в ячейку 2 АБ 4 до упора 20. Затем с проводами, например, с помощью контактов «крокодил» соединяют клеммы АБ 4 с контактами 3 для подключения к источнику питания. В режиме заряда датчики напряжения 17 подключают к клеммам АБ 4, а в режиме контрольно-тренировочного цикла – к одному их аккумуляторов АБ 4. Включают вытяжную вентиляцию 10. Крышку 9 закрывают. После включения источника питания адаптер 13 отслеживает состояние АБ 4, отображая на панели индикации 14 оперативную информацию: включение; заряд; разряд; блокировка; шкала уровня заряда АБ; работа; наличие связи по сети управления зарядом/разрядом. Одновременно вся информация, в том числе и информация о напряжении на АБ и температуре электролита, с выхода адаптера через интерфейс поступает на программируемое управляющее устройство (не показано), которое программно контролирует и управляет процессом заряда/разряда аккумуляторных батарей.

В процессе заряда АБ 4 управляющее устройство, получая в реальном масштабе времени информацию от измерительного адаптера 13, отслеживает значения температуры электролита и напряжения на клеммах АБ 4, которое постепенно возрастает в процессе заряда и к концу заряда достигает нормы. В случае превышения температуры электролита выше допустимой устройство управления отключает источник питания от данной АБ 4 на время, необходимое для остывания электролита до температуры допустимого значения. После того как температура электролита придет в норму, по сигналу с выхода адаптера 13 управляющее устройство вновь подключает источник питания к данной АБ и устанавливает ее для продолжения заряда.

Заряд АБ 4 продолжается до тех пор, пока напряжение на клеммах АБ 4 и плотность электролита не будут постоянными в течение 1 часа при одновременном обильном газовыделении. После выполнения этого условия устройство управления отключает заряженные АБ 5. При этом вытяжная вентиляция (воздуховод для подключения к вытяжному вентилятору 10 и шторки 11, 12) работает постоянно в течение времени заряда АБ, удаляя из объема под крышкой 9 и рольгангами 5 выделяющийся из электролита газ и пары.

При зарядке одновременно нескольких однотипных АБ 4 после окончания заданного времени заряда управляющее устройство выявляет отстающие АБ 4 по информации с адаптера 13: контроль напряжения на клеммах АБ; уровень заряда АБ; работа окончена.

Отстающие батареи дозаряжают в течение заданного контрольного времени. Поскольку заряженные батареи отключают, то режим перезаряда батарей исключен. Если по окончании контрольного времени батареи не зарядились – их подвергают контрольно-тренировочному циклу (КТЦ): полный заряд АБ (уже выполнен), контрольный разряд заданным током в течение заданного времени, определяемыми типом батареи; затем окончательный полный заряд. После контрольного разряда управляющее устройство программно определяет отдаваемую емкость АБ 4. Если АБ 4, не отработав гарантийного срока, отдает менее 100% номинальной емкости, то ее подвергают повторному КТЦ. Если АБ 4, не отработав гарантийного срока, при повторном КТЦ отдает менее 100% номинальной емкости, то ее рекламируют.

По окончании заряда или КТЦ управляющее устройство отключает источник питания от соответствующей АБ 4. Информация на панелях индикации адаптеров: выключено; связь по сети управления зарядом/разрядом отсутствует.

Заряженные АБ 4 вынимают из стеллажа в обратной последовательности: открывают крышку 9, отключают от источника питания, отключают датчики напряжения 17 и температуры 18 электролита и выкатывают из ячейки 2 по рольгангу 5.

Формула изобретения

Стеллаж для заряда и тренировки аккумуляторных батарей «Призма», содержащий стол с ячейками для аккумуляторных батарей, снабженных контактами для подключения к источнику питания, и аккумуляторные батареи, при этом стол состоит из металлической рамы на ножках, а столешница выполнена в виде рольганга, состоящего из независимых секций по числу аккумуляторных батарей, каждая секция рольганга установлена в раме на соответствующий поддон, кроме того, стеллаж снабжен боковыми и задней стенками, которые объединены крышкой с образованием замкнутого объема, откидывающейся к задней стенке, при этом боковые стенки и крышка выполнены из прозрачного материала; и воздуховодом для подключения к вытяжному вентилятору, отличающийся тем, что рама стола заземлена, а воздуховод для подключения к вытяжному вентилятору закреплен снаружи задней стенки, причем воздуховод сообщен с верхней частью внутреннего пространства замкнутого объема и с пространством под рольгангами, кроме того, в стеллаж введены программно управляемые измерительные адаптеры по числу гнезд для аккумуляторных батарей, которые размещены на задней стенке стеллажа над уровнем закрытой крышки, выходы адаптеров снабжены кабелями для подключения к интерфейсу, кроме того, каждый измерительный адаптер снабжен панелью индикации, отображающей состояние аккумуляторных батарей: включение; заряд; разряд; блокировка; шкала уровня заряда аккумуляторных батарей; работа; наличие связи по сети управления зарядом/разрядом; кроме того, по числу гнезд для аккумуляторных батарей в стеллаж введены датчики напряжения и датчики температуры электролита, выходы которых подключены к входам соответствующих адаптеров, причем датчики напряжения установлены с возможностью измерения напряжения как на аккумуляторных батареях, так и на отдельных аккумуляторах аккумуляторных батарей, а датчики температуры электролита установлены в каждой аккумуляторной батарее в среднем аккумуляторе в отверстие для заливки электролита.

РИСУНКИ