УСТРОЙСТВО НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ЗАРЯЖЕННОСТИ НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНОГО АККУМУЛЯТОРА ТИПА НВ-40 Российский патент 1996 года по МПК H01M10/42 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля емкости никель-водородных аккумуляторов типа ЕВ-40 [1]
Для обеспечения длительного ресурса работы никель-водородных аккумуляторов (НВА) необходимо контролировать текущее значение емкости.

Известен способ контроля заряженности аккумулятора по плотности электролита [2] Однако этот метод непригоден для использования в герметичных аккумуляторах, к которым относится НВА.

Известен способ контроля емкости аккумулятора по изменению давления в корпусе, который реализуется в виде датчика давления, контролирующего деформацию корпуса аккумулятора [3]
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному устройству является аккумулятор, содержащий стальной цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами, датчик давления, расположенный на корпусе аккумулятора, и индикатор, подключенный к выходу датчика [4]
Недостатком данного устройства является низкая точность измерения давления, а следовательно, и емкости.

Целью настоящего изобретения является создание устройства, позволяющего непрерывно с высокой точностью измерять текущую емкость простыми средствами без нарушения прочности и герметичности корпуса аккумулятора.

Это достигается тем, что давление в корпусе измеряется по упругой деформации его поверхности, измеряемой с помощью тензодатчиков, причем тензодатчики наклеиваются на эллиптическое днище НВ-40 по схеме, показанной на фиг. 1, 2.

Два активных тензодатчика 1, 2 наклеиваются в меридиональном направлении, а два компенсационных 3, 4 наклеиваются так, чтобы их оси лежали на окружности с радиусом 28,9±0,5 мм, при радиусе днища 35 мм. На этой окружности тензодатчики не испытывают деформации и используются для температурной компенсации. При заряде выделяется водород, который накапливается в корпусе и создает давление до 100 атм. При разряде водород поглощается, давление падает. Таким образом, давление в корпусе пропорционально степени заряженности. Под действием давления поверхность корпуса деформируется, активные тензодатчики меняют свое сопротивление, тензомост разбалансируется и на выходе его появляется сигнал в виде постоянного напряжения, причем величина сигнала пропорциональна степени заряженности НВ-аккумулятора.

В лабораторных условиях была изготовлена опытная установка, включающая в себя два аккумулятора НВ-40, на днищах которых были наклеены по 4 тензодатчика согласно предложенной схеме. Напряжение питания составляло 10 А. Фиксировались выходной сигнал тензомоста и зарядно-разрядные токи. Емкость определялась как произведение тока и времени. Полученные в результате эксперимента характеристики представлены на фиг.3. Подтверждено, что выходной сигнал пропорционален текущей емкости, зафиксирован саморазряд НВ-аккумулятора.

Предлагаемое устройство может быть использовано в лабораторных экспериментах, требующих точного учета текущей емкости, и при эксплуатации НВ-батареи в системах электропитания ИСЗ с использованием ЭВМ.

Корпус аккумулятора представляет собой тонкостенный цилиндр с эллиптическими днищами. Высокое давление вызывает напряжение в днище, причем можно отдельно рассматривать напряжение меридиональное σ_θ и окружное s_v:
; (1)
где: P давление в корпусе;
h толщина стенок;
R₁, R₂ радиусы кривизны в точке, где измеряется напряжение.

; (2)
где: a, b соответственно большая и малая полуоси эллипса;
α угол между осью цилиндра и нормалью к поверхности в измеряемой точке.

Расчет дает, что s_q имеет практически постоянную величину:
при 0≅α≅90^° σ_θ≃ 120 н/мм²,
Под действием этого напряжения возникает относительное удлинение поверхности корпуса.

(при Е=200000 н/мм²).

Такую величину можно зарегистрировать тензодатчиком ПКБ-10-200. Величина σ_Φ на интервале 0≅α≅90^° меняет знак, то есть существует окружность, на которой σ_Φ=0.. Из уравнений (1) следует, что при s_f=0, 2R₁=R₂ и из соотношений (2) следует
;
решая методом итераций, находим α = 37^°± 0,5^°;; R₂, соответствующий этому углу, равен 48,03 мм. Расстояние от центра до окружности будет определяться R₂•sinα=28,9 мм;; c учетом погрешности 28,9±0,5 мм. На окружности с таким радиусом наклеивают компенсационные тензодатчики.

Использование: контроль емкости аккумулятора в процессе эксплуатации. Сущность изобретения: устройство непрерывного контроля степени заряженности никель-водородного аккумулятора типа НВ-40 содержит тензометрический мостовой датчик давления, размещенный на одном из днищ корпуса аккумулятора. Входная диагональ тензометрического моста подключена к источнику питания, активные тензодатчики расположены в меридиональном направлении, а компенсационные - по окружности с радиусом 28,9±0,5 мм. 3 ил.

Устройство непрерывного контроля степени заряженности никель-водородного аккумулятора типа НВ-40, корпус которого представляет собой стальной цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами, содержащее датчик давления, расположенный в корпусе аккумулятора, и индикатор, подключенный к выходу датчика, отличающееся тем, что, с целью обеспечения непрерывности контроля и повышения точности, датчик давления выполнен в виде тензометрического моста, размещенного на одном из днищ аккумулятора, входная диагональ которого подключена к источнику питания, его активные тензодатчики расположены в меридиальном направлении, а компенсационные на окружности с радиусом 28,9 ± 0,5 мм.