Technische Hogeschool Eindhoven

Technische Hogeschool Eindhoven

blz. 1

,Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica

rapport nr.

van

Stageverslag.

Het ontwerpen

en realiseren van

een apparaat dat de ladingstoestand van een

a~cu

in een electrovoertuig

aangeeft

EM 75-20

UJ.A. Birkhölzer

Hoogleraar: Prof. Dr. Ir. J.G. Niesten Mentoren

mej. Dr. UJ.H.fil. Visscher (T)

Ir. UJ.J. de Zeeuw

januari 1976


blz. 20

Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica

rapport nr.

van

Het deze gegevens kan de ontlaadtijd berekend 1fOrden (kolom

l~).

Nu

is ook bel:end in hoeveel tijd, bij een bepaalde ontlaadstroom, de capaci-

0/0

teit van de accu met 1

is afgenomen. In tabel 5.1.(1) is dit aangegeven

met de term ':C

c Deze berekeningsmethode wijkt af van de methode zoals die gebruikt is

door P. Snoek [rJ+]. Deze heeft namelijk t1leemaal dezelfde correctie toegepast, zodat bij hem T niet overeenkomt met de tijd, c 1% van haar capaciteit verbruikt.

~in

de accu

-I)

Gaat r;len uit van ecn meet1,'eersümd van 5><1 0' Ohm, dml is ook bekend hoe groot de

spa~~ing

is die aan de versterker wordt aangeboden.

f~s

deze

spanning,500x versterkt wordt, dan is de spanning die aan de functiegenerator wordt toegevoerd gelijk aan de

~de

die gegeven is in kolom 6. De

integrator wordt nu zo gedimensioneerd, dat hij bij een ontlaadstroom van

33 mapere, na precies 72 seconden (1 0/0 capaciteitsdaling) door middel l-

van de resetschakeling een puls geeft

aan

de uitleeseeTh~eid. ~adat de

irrtegrator een lineair element is, en T niet lineair met de ontlaadstroom c verandert, r:loet het correctie-net1·rerk dit euvel verhellJen door de span...'1ing V. te corrigeren volgens form. 5.1./1 l

72 vu = -r;;-V 33

form. 5.1./1

./1.

oL.

C

Hierin is V

33

gelijk aan Vi bij een ontlaadstroom van 33 anpere. A is een

versterkingsfactor (lineair) die vrij gekozen kan worden, en Wdarvoor genomen is

j\.

= 0,2.

De berekende wJ.3.rden voor V staan in kolom 7 van tabel 5.1. (1 ). Bovendien u

staan de 'Waarden voor V uitgezet in grafiek H. u

.

Voor de combinatie integrator - resetschalceling is de temperatuursafhankelijY~eid,

het drifteffct en de lineariteit gemeten.

Voor het meten van de drift verd de ingaY1..r; van de integrator aan aarde gelegd, en werd nagegaan hoe het

uitga!~ssignaal veranderde P~s

functie van de tijd. De resultaten van deze metü1g zijn lreergegeven in grafiek III en tabel 5.2.(1).


blz. 2

.Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica

rapport nr.

van

Samenvatting.

Bij het ontwerpen van een electrische auto, krijgt men ook te maken met de vraag, hoe men op adequate wijze de nog beschikbare energie van de accu's kan meten. Omdat er voor dit doel nog geen geschikte meetinstrumenten ' bestonden, heeft men op de Technische Hogeschool Eindhoven besloten om zo'n apparaat te bouwen om deze lacune op te vullen. In dit ràpport wordt het ontwerp en de realisering van een accu-conditiemeter besproken. Dit apparaat is, op de uitlezing na, als proefmodel gemaakt en voldoet volledig aan de verwachtingen. In hoofdstuk I

van dit rapport wordt een algemene

inleiding gegeven en tevens een omschrijving van de stageopdracht. In het tweede hoofdstuk wordt de werking van de lo~daccu

behandeld, terwijl in het daaropvolgende hoofdstuk

verschillende meetmethoden worden doorgelicht. Vervolgens wordt in het vierde hoofdstuk een uitvoerige beschrijving gegeven van de gebouwde accu-conditiemeter, terwijl in het vijfde hoofdstuk de metingen worden behandeld die aan het apparaat zijn gedaan. In het laatste hoofdstuk staan de conclusies van dit rapport vermeld.


blz. 3


rapport nr.

van

Inhoudsopgave

pag. Hoofdstuk 1. Inleiding.

4

Hoofdstuk 2. De Accu.

5

Hoofdstuk 3. meetmethoden.

7

3.1. Spanningsmeting.

7

3.2. Kortsluitstroommeting.

8

3.3. meting van het soortelijk gewicht.

8

.

,

Hoofdstuk 4. De Accuconditiemeter.

10

4.1. De versterker.

11

4.2. De functiegenerator.

12

4.3. De integrator.

15

4.4. De resetschakeling.

15

4.5. De

uitlezing~

18

Hoofdstuk 5. Waarnemingen en berekeningen.

19

5,1. Berekeningen met behulp van de ontlaadkarakteristiek.

19

5.2. Combinatie integrator-resetschakeling.

20

5.3. De functiegenerator.

23

Hoofdstuk 6. Conclusies.

24

" Literatuurlijst.

25

bijlage 1

-

0

-

technische hogeschool eind hoven

blz

afdeling der elektrotechniek

rapport nr.

groep elektromechanica

4 van

l..fomenteel i s meer dan 990/0 van de auto' s uitgerust met een conventi onel p verbrandingsmotor. Dit heeft tot gevolg dat de steden, waar het autoverkeer zeer intensief is, Gepl8.aGd W'Orden door luchtvervuiling ten gevolge van de uitlaatgassen. Als reactie hierop, streeft men er nu naar om de conventionele auto te vervangen door een electrische auto. De electrische auto is momenteel nog niet zo ver ont'Wiklceld dat hij met succes kan concurreren met de auto met verbrandingsmotor. Een van de problemen is het ontbreken van een goed werkende accuconditiemeter, het equivalent van de benzinemeter. De gebruiker van de electrische auto 'Wil namelijk weten hoeveel er nog in zijn "tank" zit., ,v.ant

ruuu~it }~~n

hij afleiden hoever hij nog met zijn voertuig kan rijden.

Deze stage is een voortzetting van de stage van P. Snoek, die een begin gemaakt heeft met het ontwerp van een accu-conditiemeter.

De opdracht voor deze stage luidde: "Het onti1erl)en en reali seren van een apparaat dat de ludingstoestand van een accu in een elektrovoertuig aar.c,eeft."

.

technische hogeschool eindhoven

blz 5 van


rapport nr.

-


Hoofdstuk 2. De Accu.

De loodaccumulator, kort'feg accu genoemd, is een toestel, dat gebruikt 'WOrdt voor de opslag van electrische energie. Deze accu bestaat uit een bak, gevuld met verdund z,ro.velzuur, waarin zich twee poreuze loodplaten bevinden, ,.,raarin PbS0

is aangebracht. llordt er nu een gelijkstroom 4 door de accu gestuurd, dan zal op de plaat ,ro.ar de gelijkstroom het "

toestelt

binnelli~omt

de volgende reactie plaatsvinden + 2Pb02 + 4H + S04 + 2e

form. 2./1

Deze plaat is daarbij de anode van de accu. Op de plaat w.ar de laadstroom de accu weer verlaat, vindt de volgende reactie plaats 2-

--> Pb

form. 2./2

+ S04

Dit is de kathode van de accu. Er is dus bij het laden electrische energie omgezet in chemische

energie. Is de accu opgeladen, dan is het mogelijk om bovengenoemde processen in ,omgekeerde richting te laten

verlopen~

-

De accu kan dan

dienen als leverwlcier van electrische energie. De reacties verlopen nu van rechts naar links. Het spanningsverloop aan de klennnen van de accu is getekend in fig. 2.-1. De

sp~~~ng

is vrijwel

constant over een groot ge-

fig. 2.-1

deelte van de ontlaadtijd.

t

Is er een bepaalde hoeveelheid lading aan de accu . onttrol:kcn clan zakt de spanning Vl'ij snel bij

[roK van de accu als functie

van zijn ladingstoestand 1)

• EM-K In 1'--

_

~.v-

·111

,

VDff

1,$

~8

- - - -

verdere ontlading. Er wordt nu een

eindsp~~ing

-

- - - --

R

gede-

finieerd (pcmt A) die 0,2 tot 0,3 volt lager is dan de

beginsp~~ing.

I

100

(VD!)

/Jo

bo

o ({tt~ )

blz

technische hogeschool eindhoven afdeling der elektr?techniek

groep e!ektromechanica

6 van

rapport nr.

Bereikt -de kle..':lsparL'llng van de accu deze eindmtarde, dan zegt men dat de accu leeg is. Het is echter nog steeds mogelijk om lading aan de accu te onttreld~en,

doch het is in verband net nechanische beschadigingen van de

accu beter on dit niet te doen. De accu kan dus maar een bepaalde hoeveelheid lading leveren en dan is hij leeg. Hen noent dit de capaciteit van de accu. De capaciteit van een accu wordt gemeten in JUnpere-uur (Ah) en geeft de hoeveelheid stroon aa.."'1 clie een accu gedurende een bepaalde tijd kan leveren bij een constante stroom, totdat de rainimumsparmine (eindspanning ) is bereikt. [L1 ]

Er wordt dan gesproken van bijvoorbeeld K ' dit is de capaciteit van de 2 accu bij 2-urige ontlading.' De capaciteit hangt onder andere af van factoren zoals dikte, vorm en porositeit van de platen, en deze inwendige factoren worden bepaald bij de bouw. Daar men de reproduceerbaarheid van deze factoren niet voor honderd l)rocent in de hand heeft, krijgt men bij de bouw van accu' s een nogal g~·otespreidir>.e in de capaciteit (:!: 10

0/0)

van de verschillende

accu's uit dezelfde serie. Helaas wordt de capaciteit ook nog bepaald door de zogenaamde uitwendige factoren zoals ter.1peretuur van de accu, manier van ontladen en de ouderdom. Het gevolg is dat bij gebruik varl een accu met capaciteit K Ah, het aantal i'unpere-uur dat er daadwerkelijk uit ·gehaald kan worden sterk afhankelijk is van de werkomstandigheden. Dit nu levert nogal wat problemen bij het neten va."'1 de nog in de accu aanwezige energie. Een van de factoren die de grootste invloed heeft op de capaciteit van de accu is de ontlaadstroon. Het blijkt dat er bij ontlading met een kleine st:::oom veel meer lading uit de accu gehaald kan worden dan

•

bij ontlading met een grote stroom. Dit is zichtbaar in grafiek I, waarin de capaciteit uitgezet is als functie van de tijd waarin de accu wordt ontladen. De gesteld op 100

0/0.

cap~citeit

van de accu bij 20-urige ontlading is

lien spreekt hier ook wel van K is 100 20

0/0.

blz 7 van

technische hogeschool eindhoven afdeling der elektrotechniek

rapport nr.


3. Meetmethoden.

Hoofdstuk

--------~---~-------------

Wordt er voor de energievoorziening gebruik gemaakt van een accubatterij, bijvoorbeeld bij een electrische auto, 'dan i-lil men ook weten hoelang er nog gebruik gemaakt kan worden van de desbetreffende accu's, m. a. iI. r,len i-lil weten hoeveel lading er nog in de accu' s zit. Om dit te controleren zijn er een aontal meetmethoden, die ieder hun eigen voor-en nadelen hebben.

3.1.

~E~!~~~~~~~~~~ Daar de klerJSIJanning een maat is voor de toestand waarin de accu verkee:::-t, zie fig. 3.1.1, kan men met behulp van een voltmeter die tussen de

accukl~nen

gescllakeld is, een indl-uk krijgen

van het aantal aIDIJere-uur dat de accu op dat moment nog kan leveren. Het is met dez,,; ncthode I.1ogelijk on continu op de hooé:,'"te te "'Orden gehouden van de conditie van de accu. Haar zoals fig. 3.1. -1 aangeeft, blijh.-t dat bij een bepaalde warde van de spanning, meerdere ladingstoestanden mogelijk zijn, afhankelijk va...'1. de manier van ontladen. Deze methode is niet eenduidig, zodat Ze niet

geschi~t

is voor betrouw-

bare metingen.

1 k/em~ pa~'I/~

'"

Volt

2,1 ),0

..

J,9

Duur Uur

I,B

9ttllilm

'"

A

13.3

',1,l 33,.< LtM'

/00

(,t.f)

fig. 3.1./1

o (lttlJ

80

. 1.. ,f:flfdoesianJ aUIi

Klemspanning van de accu als functie van de ladingstaGstand

•

'n

lil

I/)

blz 8


rapport nr.


afdel ing der elektr,otechni ek

van

3.2. ~~E!~~~~!~!~2~~~!~~~~ Bij deze methode 'Hordt de accu voor een moment losgekoppeld van het systeem

'~ee

heel even kortgesloten,

hij verbonden is. De accu wordt dan ,~bij

met behulp van een runpere-

meter gekeken wordt hoe groot de

kOl~sluitstroom

is. Deze

methode is om te beginnen niet al te betrouwbaar, omdat de grootte van de kortsluitstroom niet eenduidig afhangt van de hoeveelheid aanwezige lading. De ouderdom van de accu h,eeft namelijk een grote invloed op de kortsluitstroom. Bovendien is de test een z,mre belasting voor de accu, vooral als hij vaak op deze manier

,~rdt

getest. Ook is het met deze methode

niet mogelijk om doorlopend op de hoogte te worden gehouden van de toestand van de accu, terwijl het ontkoppelen van accu en belasting op ieder willekeurig tijdstip ook niet altijd mogelijk is.

3.3 11cting van het soortelijk gewicht.

------------------------_.--------De

ladingstoe3t~'.J.'1d

'Jan

een acca

ger:leten 'WOrden door

1\:0.;,'1 O'JK

het bepalen van het soortelijk gewicht van het electroliet dat in de accu zit. In fig. 3.3.-1 is deze

afhar~elijkheid

aangegeven •

.

In

k'/Jm'

/.lIJ

-Ub

I

8

3

.

oni/tlaJJ;J

fig.

3.3.-1 Soortelijk gewicht electroliet als functie van de ontlaödtijd

I

n

uur

-

/0


blz 9


rapport nr.


van

De meting 1wrdt gedaan met behul}) van een Aerometer) zie fig. 3.3.-2. Dit is een gedeeltelijk met lood gevuld buisje cln;L af"nal1kel:::'jk van het

soortelijl~

ge1-Ticht van het electroliet -waar het in drijft) meer

of rllnder diep in de vloeistof

wegzak~.

. :.

-

,......-----l··r·-·~----

fig. 3.3.-2

Aerometer

Vaak is er een aange})aste schaalverdeling op de Aerometer aangebracht) zodat de ladingstoestand direct afgelezen kan worden. Een nadeel van deze methode is dat uen moet wachten tot de accu weer helemaal tot rust is gekonen) als men een betrom.bare meting 1-Til hebben. Het electroliet moet naL1elijk weer een Ilonogene Silllenstelling hebben voordat de meting betromibaar is.


blz 10 van


rapport nr.

Hoofdstu}~

-


4. De .\.ccuconditiemeter •

De opzet is geweest om een

app~aat

te

ontwer~en

dat een indicatie

geeft van de toestand -waarin de accu' s verkeren, die gebruikt 'WOrden in een electrische auto. De eisen waaraan dit apparaat moet voldoen zijn: - het noet een betrouwbare indicatie zijn van de hoeveelheid energie die op dat ogenblik zeker in de accu aamrezig is. - de meter moet continu afleesbaar zijn. - de meter moet snel en eenvoudig zijn af te lezen. - het apparaat moet zo eenvoudig mogelijk van opzet zijn, zodat het op een later tijdstip eventueel als IC uitgevoerd kan worden. Om dit te realiseren verd uitgegaan van het gegeven dat de ontlaadkarektcl'istic1:en van een accu vrij goed bekend zijn voor verschillende w'aarden van de ontlaadstroom. De capaciteitsvermindering van de accu kan nu gemeten

w~rden

door het aantal ampere-uur te meten dat de accu

levert en dit te corrigeren door een weegfactor die afhankelijk is van de ontlaadstroom. Hiervoor werd een schakeling ont'-lorpen die geschetst is in f'ig. 4.--1.

.. fig. 4.-1

Principe accu-conditiemeter

De werking is als volgt. De stroorJ wordt gemeten door middel van een spalmingsmeting oVer een kleine '-leerstand. Deze "leerstand dient zo klein mogelijk te zijn ora de verliezen hierin minimaal te houden. Deze spmming

blz 11 van


,rordt met behulp kmI

i~rden

V~D

rapport nr.


afdel ing der elektrotechni ek

een versterker dUSrunlig versterkt

&~t

hij toegevoerd

mln een funetiegenerator. De funetiegenerator heeft tot taak

om weegfact,oren toe te kermen 8.c'Ln de ontlaadstromen om op deze injze de ontluadl~m·a.teristiekenvan

de accu te benaderen.De op deze nanier

gecorrigeerde spmming irordt toeGevoerd aan een inteé:,rrator, die dit signaal naar de tijd integreert. lleeft de uitgang van de integrator een bepaalde ,marde bereikt,

lli~

zal hij de resetsehakeling activeren.

De reset schakeling zal dan ti-ree dineen doen, ten eerste zal hij de hij een :;)uls geven aan het indïcnU.crLlJIJal-aat,

iy~.ar

de puls olTIGezet

i.JOrdt in een OIJti seh signaal. clat aangeeft hoeveel arapere-uur er verrespectieveli~.k

bruikt is, l~. 1.

er nog verbruikt lean i.JOrden.

De versterker. Als basiselenent voor de deelscho.l~elingen van

fiC. 4. - 1 is

+

--------~---__r_ l5"v.l/

een IC van de firma Fairehild gebruikt, de rekenversterl-.:er

741. Dit IC moet irorden aangesloten zoals is aangegeven in fig. 4.1.-1. jU;'

De regeli.'eerstand R dient om de

uitgang van de versterker op nul

r-- I il7'(f~fl'''l(

'''3''"7 " ....'nvtfVi'1

/"1-.,

~

El

~

-

1 t

~

~

3 ...- lf

.J

..

r--

u"fi".n~

af te regelen bij een ingm18ss1Janning Gelijk aan nul. Door nu de uitgang

VaIl

R.

de versterker op ver-

1

schillende r,lanieren terug te koppelen met de inear18 is het mogelijk om versterkers, integratoren en comperatoren te maken. Om het IC

fig.

4.1.-1

Aansluitschema /uA 741

als versterker te e;ebruiken "WOrdt de terugkoppeling gemaakt met behulp

V8..."'l

een ireerstand. Zie ng. 4.1.-2. Het verband tussen de

ingangs- en uitgangsspanniT'.g i.JOrdt gegeven door formA 4.1 .jl [12]. De weerstand ~ zorgt ervoor dat de versterker niet te Z'WaaI'

belast kan worden.

-I,"~olt

technische hogeschool eind hoven afdel ing der elektrotechni ek

.


blz 12 van rapport nr.

v.'"

fig. 4.1.-2

Schema versterker

Om een goed werkende accucollditiemeter te krijsen is het noodzakelijk dat men er rekening mee houdt dat de capaciteit van een accu afhankelijk is van de ont,laadstroorJ, respectievelijk van de tijd iV'uaarin de accu ontladen wordt. Er dient daarorJ in de rJeter een schakeling ingebou1;7d te i,'Orden, die iedere ontlaadstroom op haar waarde schat en er "gewicht" aan toekent. Dit kan gedaan worden met een diode-functiegenerator [12]. Het principeschema is in fig. 4.2.-' geschetst.

!?,

\I: I

fig. 4.2.-1

In deze schakeling is

E, <

Principeschema Diode-functiegenerator

~. Als Vi nu van nul af toeneent, dan staan

alle diodes in de sperrichting • Voor de uitgangsspanning geldt dan


blzl3 van


rapport nr.

•


form. 4.2./1, hierbij is V nul verondersteld (de versterker is ideaal). s R

Vu

=-

u

form. 4.2. /1

~ Vi

E, .

Deze betrekking blijft geldig zolang Vi < stijgt de waarde van Vi boven die van dan gaat diode in de geleiding en de stroom door

E,

D,

RJ is dan gelijk aan de som van de stromen door Rl en R2 • Dit kan aangegeven worden met form. 4.2./2.

.

form. 4.2. /2 Hierbij wordt aangenomen dat de diode ideaal is., Schrijft men form. 4.2./2 in een andere vorm dan volgt daaruit form. 4.2./3.

form. 4.2. /3

Op analoge wijze kan men afleiden dat de uitgangsspanning aan form. 4.2./4 voldoet als Vi >E2 •

form. 4.2. /4 Het verloop van deze laatste functie is geschetst in fig. 4.2.-2. Dit nu opent de mogelijkheid om door variatie van weerstanden en spanningsbronnen diverse grafieken willekeurig dicht te benaderen

met

behulp van rechte lijnstukken. Om het probleem van extra spanningsbronnen (El' E

enz.) bij de 2 electrische auto uit de weg te gaan, is er gebruik gemaakt van Zenerdioden ..- Deze komen inplaats van de spanningsbronnen. De toegepaste schakeling is getekend in fig. 4.2.-3. Voor de versterker is het IC

/uA

741 gebruikt. De weerstanden zijn instelpotentiometers van 10 krl


blz 14 van

afdeling der elektq>techniek

rapport nr.

-


E,

,

-R. (..!-t-, t -') u R,

fig.4.2.-2

Rl

I?!

Uitgangsspanning Diode-functiegenerator als functie van de ingangsspanning

lineair. De Zenerdiodes Z, tot en met Z3 hebben zener-spanningen van respectievelijk 3,8 ; 4,7 en 7,5 volt. Verder heeft iedere diode een spanningsval van t.

0,1 volt in doorlaatrichting en doet zo-

doende ook nog dienst als spanningsbron. De functiegenerator is zo afgeregeld dat 0 < V < 4.7 volt als 0 < V,< 9 volt (zie grafiek II). u

. fig. 4.2.-3

Diode-functiegenerator met zener-diodes


blz 15 van


rapport nr.

-


Ook hier is weer gebruik gemaakt van het IC is getekend in fig.

4.3.-'.

/JA

7l~,. De schakeling

_~

c R· i

V: I

fig. 4.3.-1

Voor deze schakeling kan form.

,

V

u

= -

4.3./'

De integrator

[12] afgeleid worden.

t

---Iv.d'r + V R,C 0 1

U

(0)

form.

4.3./'

In deze formule is V (0) de uitgangsspanning ten tijde t:;O. Daar de u uitgangsspanning van de integrator beperkt ,rordt door de voedingsspanning, is het begrijpelijk dat form. l~.3./1 niet onbeperkt geldig is. Na verlOOI) van tijd bereikt de spanning Veen waarde die in de buurt u komt van de voedingsspanning en dan is de formule niet r1eer geldig.

1r

moet dan gezorgd ,-lOrden dat voordat de sl)anning V deze waarde u bereikt, hij weer gelijk aan nul wordt gemaakt. Dit doet de resetschakeling . Nadat dit gebeurt is, is de inteé:,'Tator weer klaar om de ingangsspanning te integreren.

4.4. Zoals in de vorige paragraaf reeds werd aangeduid, heeft de resetschakeling tot taak om de uitgangsspanning van de integrator weer nul te maken als deze een bepaalde waarde bereikt heeft. Verder dient de schakelil~ er voor te zorgen dat deze informatie (namelijk dat de

uitgang een bepaalde spanning bereikt heeft) niet verloren gaat. Om dit te bereiken is de volgende schakeling toegepast.(zie fig.

4.4.-1)

De resetschakeling bestaat uit een comparator en een gedeelte dat de ]litgangsspanning van de integrator nul maakt. De comparator heeft tot

..

Technische Hogeschool Eindhovén

blz. 16


rapport nr.

van

taak om de uitBangsspannine V te verBelijken met een vooraf ingestelde b w.arde •. (V in fit;. ~L4 .-1 ) Heeft de s})a.Ylnir..g V deze imarde bereitt, b c dan zal de uitBanesspannine van de comparator, V , die tot op dat ogenu

blik een waarde had van +15 volt, onmiddelijk springen naar de ivaarde

-'5 volt.

Om dit omY~appen in een zo kort mogelijke te laten gebeuren

is de uitgang va." de comparator via condensator C teruggekoppeld met 2 de ingang. - - -

,

-

I

~

CJ

I

-

"1

I 1

D:<

I

... .......

.......

.......

C,

~

- 3.)'11.11

~

......

......

+ V:i

~

R....

R

,

fig. 4.4.-1 Integrator met resetschakeling

Het behulp van de spanningssprong op de uitgang van de comparator kan nu een uitleeseenheid gestuurd worden. Bijvoorbeeld een teller die het getal, dat hij op dat moment

weer~eeft,

met een

ee~heid

vernD.ndert

ten teken dat er weer een bepaald percentage van de capaciteit van de accu verbruikt is. Bovendien iJordt met behulp van de spanningssprong op de uitgang van de conparator transistor

T,

gest~urd,

waardoor de condensator

C,

in korte

tijd (r:linder dan 20 jusec) wordt ontladen. Hierdoor zakt de spanning V • b naar nul volt en klapt de uitgang van de comparator weer om naar +15 volt. De schakeling is nu weer gereed voor de volgende c;yclus. De condensator C is aangebacht om de tra."'"lsistor te sturen met een puls van een bepaalde 3 minimum tijdsduur, zodat de condensator helemaal ontladen wordt. Bij af'\iezit;heid van C ontlaadt

C,

zich niet helemaal, zodat de spanning V b rond de waarde V blijft "oscilleren". Zie ook fig. 4.4.-2.

3

c


blz. 17


rapport nr.

,

If

1"

Vc,

van

- V,

-

3

rn

vDI-I

Zo

I '. ()

t

3

/; ,'", seC

Uitgangsspanning integrator als de koppelcondensator v.d. resetschakeling een te kleine waarde heeft

fig. 4.4.-2

Diode D, is nodig om er voor te zorgen dat de condensator C, he+emaal opgeladen wordt als er een negatieve ingangsspanning, Vi' wordt aangel.egd. De transi star nag namelijk alleen geleiden als hij wordt uitgestuurd door de spanning V

u

. Hordt er echter een negatieve ingangsspanning aan-

gelegd, dan ontstaat er een soortgelijke situatie als in fig.

N

N

+

+

p

IJ

p

4.4.-3.

+1)-

'î ~T

N ++

a

fig. 4.4.-3

a -

normaal

b

geschake~de

transistor

b - collector en emitorspanning van de transistor zijn verwisseld. Ook nu kan de transistor zijn werk nog doen.

Hier zijn collector en emittorspanning verwisseld. Doch dit wil niet zeBgen dat de transi.stor nu spert. Een transistor waarvan de collectoren de emittorspanning zijn verwisseld, werkt ook als een transistor.


blz. 18


rapport nr.

van

Welis,mar met andere (over het algemeen slechtere) eigenschappen dan WH.arvoor hij ontwOl'IJen is [L3]. Door

D,

in de scll8.keling op te nemen

kan dit worden voorkomen. Als het de bedoeling is om de accuconditiemeter twee kanten op te laten meten (z01rel laden als ontladen) dan wordt de complete schakeling zoals is aangegeven in bijlage 1. Deze uitvoering is van belang als men recupererend 1Vi1 remmen met de electrische auto. Indien er veel recupererend wordt geremd, bijvoorbeeld in heuvelachtig gebied, dan kan het nuttig ;:;ijn dat deze energiewinst ook ",rordt geadministreerd.

Hierover is nog niets bekend. Gedacht wordt aan een mechanische teller die iedere keer dat de accu's zijn opgeladen, op een bepaalde waarde wordt gezet, waarna hij door de eenheid wordt verlaagd.

resetschcl~eling

steeds met een


blz.19


rapport nr.

van

Omdat de capaciteit van de accu afhankelijk is van de ontlaadstroom J is het noodzakelijk om voor de integrator een correctienetwerk te schakelen (zie hoofdstuk 4.2). De karakteristiek J

Waal~a2~

deze llulctiegene-

rator moet voldoen J kan berekend worden uit de gegevens die grafiek I ons verschaft. Wil men van een accu registreren wanneer deze 1

0/0

van zijn capaci-

teit heeft verbruikt J dan is het noodzakelijk om te weten na hoeveel tijd dit is gebeurd bij een bepaalde ontlaadstroom. Met behulp van grafiek r kan berekend worden hoe groot de capaciteit is van de accu bij een bepaa.J.(le

ontlaadst::,'oo:n. Deze capacite:iJt wordt ui tg~drukt in

0/0

van de capacitei t

bij 2-urige ontlading. De uitkomsten van deze berekening staan in tabel

5.1.(1)

in k010.a Kin

%

K " In kolom.3 staut de capa,citeit uitgedrukt in

2

.rlmlK:re-uur • tabel. 5L (1) berekening T en c uitDangssparming f1.L'1c"tiegenerator

Ir I in A

K in %K')

K in

Ontlaad-

Ah

tijd in

<:.

Iv.l I

Ivu I

in

in

V

V

72

OJ 03

OJ17

'I'

c in

mn. (;6

120

sec.

33

100

L~O

62 J 5

95 J O

57

1,0

OJ22

80

95 83

5L~ J 8

41,1

2!~, 6

2,0

0, L~9

120

78

51,5

25,8

3,0

o,'n

11',0

.47.5

17,0

4,0

1, 11

200

72 (j1

15J5 10,8

40 J 3

12,1

7,27

5:0

1J 65

240

55

36,3

9J l

5, L~6

G,o

2 J 19

280

50

33,0

7, 1

4,26

7JO

2 J GO

320

46

3 0 J4

3,49

42

27,7

3J 42 2,76

8J o

360

5J7 4J 6

9J O

L~J 32

400

LIO

26,I t

1+,0

2 J L~O

1OJ 0

4,98

Pi:!: lt

i, f

t

I~

t .llti

t

j


blz. 21


rapport nr.

De lineariteit van de

scha1~eling

van

,.,rerd Gemeten door een ing&'1gs-

sl)anning aan de integrator toe te voeren van 1() volt en dan te T:1.eten hoeveel tijd er verstreek totdat de resetschakeling 1000 pulsen had afgeGeven. Daarna l.,rerden zOI-lel de spanning als het aantal pulsen "Taar-

tabel 5.2. (1) t

in minuten

Driftverschijnsel

V uit in mV

t

V

in minuten

uit

in mV

1

10

20

130

2

15

25

160

3

25

30

190

4

30

40

,210

5

40

60

220

7

50

70

230

10

70

90

240

15

100

over de tijd werd gemeten veranderd (evenredig). Ook nu werd de tijd ,.,reer gemeten. Dit is Gedaan voor een aantal verschillende waarden van de ingangs spmming; De meetresultaten zi jn weergegeven in tabel 5.2. (2) • De resultaten zijn ook afgebeeld in fig. 5.2.-1.

tabel 5.2.(2)

Stabiliteitsmeting

V.

aantal

tijd

in V

pulsen

in sec.

0.1

10

163

0.2

20

164

0.5

50

162

1

100

164

2

200

162

5

500

162

10

1000

161

~n


blz. 22


rapport nr.

van

Omdat de electrische auto aan verschillende weersomstandigheden 'WOrdt blootgesteld, is ook de temperatuurs-invloed op de integrator-resetschakeling onderzocht. Het werkeebied ligt ongeveer tussen _20 0 C (strenge vorst) en

65

0

C (enl:ele uren in de volle zon staan). Door een beperkte

technische uitrusting was het alleen r.J.ogelijl: Or.J. het temperatuursgeb..ied van +19

0

C tot +65

0

C te onderzoeken. Daartoe '·Terd de schakeling in een

oVen se})ll:tatst en kreeg ze onseveer anderlm.lf uur de tijd on door en door warm te 'WOrden. Hen kan aannemen dat de temperatuur in het binnenste van

de componenten even hoog was als de temperatuur van de lucht in de oven.

De temperatuur in de oven werd gemeten met behulp van een electrische thermometer, 1marvan de meetprobe in de OVen hing. De resultaten van deze neting zijn gegeven in tabel 5.2.(3) en in fig. 5.2. -2. Bi j deze metingen 11erd de ingangs spanning constant gehouden (1.6 volt) en werd de tijd gemeten die nodig was om 500 pulsen uit de integrator-resetschakeling te verkrijgen. T

in

t

oe

tabel 5.2.(3)

in sec.

Temperatuursmeting

I

19

\

411

22

413

37

412

49

411

56

411

61

411

63

413

500 pulst:;n bij V.

~n

is 1. 6 vol t


blz. 23


rapport nr.

van

5.3. De functieGenerator . ..

-------------------

De functiegenerator moet er voor zorGen &~t de ingangsspanning V.

1

wordt getransfol'neerd in een spanning V zoals is aangegeven in te.bel 5.1. (1 ) u kolom 6 en '7. Het verloop van deze f1mctie is getekend in grafiek Ir. De resultaten van de metingen, gedaan met behulp van een x-y-schrijver,

zijn gegeven in grafiek IV.

Gemeten overdrachtsfunctie van de functie generator.

x - berekende waarden zie tabel 5.1.(1)


blz. 24


rapport nr.

Jloofdsttu~

van

6. Conclusies.

In dit hoofdstu1: zijn de conclusies ,;-eergegeven die getrokken bumen Uit de meetresttltaten von n.oofdstl1J: 5 volgt: De cor:lbinatie integrator-resetschakeling is na een inschakelverschijnsel van ongeveer een uur, vrij'vel vrij van driftverschijnselen; De fout die door deze drift ontstaat is kleiner dan een puls per dag Daar de accu al een capaciteitsverlies heeft van 1

0/0

voor iedere dag dat

hij niet gebruikt 'WOrdt} is de fout tengevolge van de drift te verwaarlozen; De tot +65

0

integrator-resetschakeling is in het temperatuursgebied van +19 C ongevoelig voor temperatuursveranderingenj

De functiegenerator is

dusd(::;~ig

van

0::C1"bC1l.iJ,

dat, de Gegeven ontlaad-

kromme van de gebruikte accu, 'Willekeurig dicht benaderd kan worden; De gebouwde schakeling is niet alleen bruikbaar voor normaal motor-

.

bedrijf} doch ook voor recuuererend remnen. -

-

0

-


blz.25

,Afdeling der elektrotechniek - Vakgroep elektromechanica

rapport nr.

van

Literatuurlijst.

Ll - UJitte, E. , "Blei und Stahlakkumulatoren", lYIainz, Kransskopf, 1967. L2 - Schnabel, C.P'.J. , "Analoge Rekenmachines" dictaat 5.001, Eindhoven, Technische Hogeschool, 1968. L3 - Klein, G. en Zaalberg van ZeIst, J.J. , "Instrumentele electronica", Deventer, Kluwer, 1966. L4 - Snoek, P.A. , "Het ontwerpen en realiseren van een apparaat dat de ladingstoestapd van een accu in een electra voertuig aangeeft.", stageverslag EIYI 74-9 Eindhoven, Technische Hogeschool, 1974. L5 - Cantonwine, C.R. , "Battery chargers and testers", Naw Vork, Chilton Book Company, 1971.

,--Re fe -/lil

Complete Integrator-Resetschakeling

/

__ / _ _ _ _,A

I !?CllitOJI'I

I

---.1.--

-----.....,

, , 1-

/

:::J

«)

0
'

J

/ /

-1'-

:J.t)'

- --

> ~ 0:. (")

/

C'''i'''''''~~''

fl

,ko

~ ...,

I

0

I

ro 0

I

::J" :::J

ii'; A

I

I

IGe

I

(")

~

(I)

::I:

0 1.O (I)

CIl

(")

~

0 0

< !!1 ;:, a. «) ..., A

I

I

B

ëiï

QJ

">----:L.-J---t--~-.;"...." •p......,..Ir A#I/t, ....

I I I

CD

-- -+ 3.5 ".It

-

( I I

--,

/

':j'

;:,

0
I

CD

I

0

~

0

<

(I)

;:,

..... ..., A

3

\ RPfu'

-

1-0_

~n

-----I

-

0 ::J"

- - -.

QJ

I

:::J

C) QJ

I I Ik8

I

~ U

I \

I--,---~-

,

" ....' f' .,,,~ 0:"

1.3

"'r ""eli,,

~

Q ~

~

01-"

I

L... I-'

I

tn

--------------~

::Q:

[))

CD I-'

<

QJ

:::J

Technische Hogeschool Eindhoven

Recommend Documents