СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЗАРЯЖЕННОСТИ АККУМУЛЯТОРА Российский патент 1998 года по МПК H01M10/48 G01R31/36 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к химическим источникам тока, и может быть применено для контроля технического состояния, например, свинцовых аккумуляторов. Кроме того, изобретение может быть использовано в техническом устройстве контроля технического состояния химического источника тока.

Известен и широко используется способ определения степени заряженности свинцового аккумулятора, заключающийся в измерении плотности и температуры электролита с помощью соответственно денсиметра и термометра, в приведении измеренной плотности к нормальной температуре и расчете степени заряженности с учетом плотности электролита полностью заряженного аккумулятора, зависящей от климатической зоны эксплуатации и времени года [1].

При расчете исходят из того, что с понижением температуры на 1^o плотность электролита увеличивается на 0,0007 г/см³ и что снижение плотности электролита на 0,01 г/см³ соответствует потере 5 - 6% емкости.

Следовательно, степень заряженности аккумулятора рассчитывают по формуле S = 100 - k₁{d_з - d_и[1 + k₂(t_н - t_и)]}, где S - степень заряженности аккумулятора, %; k₁ - коэффициент изменения степени заряженности аккумулятора, равный 5 - 6%/(г/см³); d₃ - плотность электролита полностью заряженного аккумулятора при нормальной температуре электролита, равная 1.22 - 1.30 г/см³ в зависимости от зоны эксплуатации и времени года; d_и - измеренная плотность электролита, г/см³; k₂ - температурный коэффициент изменения плотности электролита, равный минус 0.0007 (г/см³) град; t_н - нормальная температура электролита, равная плюс 25^oC; t_и - измеренная температура электролита, ^oC.

Определение степени заряженности аккумулятора указанным способом производят с погрешностью, достигающей 12% и более. Такая низкая точность обуславливается диапазоном изменения степени заряженности на единицу плотности, погрешностью денсиметра, субъективной погрешностью, возникающей из-за малой контрастности прозрачного мениска на фоне шкалы денсиметра и смачиваемости материалов денсиметра и наружного цилиндра ареометра, а также принимаемым допущением плотностного коэффициента изменения степени заряженности при различных значениях плотности электролита полностью заряженного аккумулятора.

Точнее, степень заряженности определяется, если использовать эмпирическую зависимость между равновесной электродвижущей силой (эдс) аккумулятора и плотностью электролита, описываемой формулой E = 0,85 + d, где E - равновесная эдс свинцового аккумулятора, B; d - плотность электролита, г/см³.

Известен способ определения степени заряженного химического источника тока по величине его эдс [2]. Способ позволяет обеспечить высокую точность определения указанного показателя при неизменных значениях температуры и плотностей электролита аккумулятора в полностью заряженном и полностью разряженном состояниях. Однако в реальных условиях перечисленные величины могут изменяться в широких пределах. Это приводит к существенным ошибкам в определенной степени заряженности аккумулятора при использовании известного способа.

Наиболее близким техническим решением является способ определения степени заряженности аккумулятора, заключающийся в измерении его равновесной эдс и последующем расчете степени заряженности с учетом зависимости равновесной эдс полностью заряженного аккумулятора от зоны эксплуатации и времени года [3] . Расчет степени заряженности аккумулятора рассчитывают по формуле где S - степень заряженности аккумулятора, %; E_и - измеренная равновесная эдс аккумулятора, B; E₂, E_p - равновесные эдс, полностью заряженного и полностью разряженного аккумулятора при нормальной температуре электролита, B.

Однако и в этом способе отсутствует операция корректировки измеренной эдс в зависимости от температуры электролита, что обуславливает дополнительную ошибку в оценке заряженности аккумулятора до 3%. Кроме того, равновесная эдс полностью разряженного аккумулятора рассчитывается исходя из предпосылки о постоянстве в полностью заряженном и полностью разряженном состояниях. Фактически же равновесная эдс полностью разряженного аккумулятора определяется его конструктивными параметрами и не зависит от устанавливаемой в зависимости от зоны эксплуатации и времени года начальной плотности электролита. Следовательно, вышеуказанная предпосылка приводит к увеличению погрешности определения степени заряженности при изменении условий эксплуатации от стандартных.

Цель изобретения состоит в повышении точности и ускорении процесса определения степени заряженности аккумулятора за счет исключения влияния поляризации на результат измерения, а также учета влияния температуры электролита на равновесную электродвижущую силу аккумулятора и зависимости равновесной электродвижущей силы полностью разряженного аккумулятора от его конструктивных параметров.

Цель достигается тем, что в известном способе определения степени заряженности аккумулятора, включающем операции измерения равновесной эдс и расчета степени заряженности с учетом зависимости равновесной эдс полностью заряженного аккумулятора от эксплуатационных факторов, равновесную эдс измеряют на двух электродах, дополнительно вводимых в электролит.

Кроме того, в электролит также вводят датчик температуры, измеряют температуру электролита и в зависимости от ее величины корректируют значение равновесной эдс.

Заявляемый способ отличается от известного [3] тем, что при определении степени заряженности учитывают зависимость равновесной эдс полностью разряженного аккумулятора от его конструктивных параметров, описываемую формулой:
,
где
E_p - равновесная эдс аккумулятора, В;
Q_ном - эквивалентное количество электричества единицы объема электролита номинальной плотности, А•ч/см³;
V - объем электролита аккумулятора, см³;
C_ном - номинальная емкость аккумулятора, А•ч.

С учетом этой зависимости степень заряженности аккумулятора рассчитывают по формуле:
,
где
S - степень заряженности аккумулятора, %;
E_и - измеренная равновесная эдс аккумулятора, В;
k - температурный коэффициент измерения равновесной эдс аккумулятора, В/град;
t_н - нормальная температура электролита, ^oC;
t_и - измеренная температура электролита, ^oC;
E_з - равновесная эдс полностью заряженного аккумулятора, В.

К тому же рассчитанное значение степени заряженности аккумулятора вводят в цифровой индикатор.

Осуществление заявляемого способа определения степени заряженности аккумулятора поясняется схемой, изображенной на чертеже.

Предварительно в устройство 1 ввода электронной вычислительной машины (ЭВМ) 2 вводят значения V-объема электролита 3 аккумулятора 4, C_ном - его номинальной емкости и E_з - равновесной эдс полностью заряженного аккумулятора, характерной для данных зон эксплуатации и времени года. Посредством микропроцессора 5 указанные значения закладывают в запоминающее устройство 6.

Затем в электролит 3 аккумулятора 4, имеющего собственные электроды 7, дополнительно вводят два электрода 8 и датчик 9 температуры. На дополнительно введенных электродах 8 измеряют равновесную эдс аккумулятора 4. В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) 10 ее превращают в цифровое значение. Посредством датчика 9 измеряют температуру электролита 3. Ее превращают при помощи операционного усилителя 11 и аналого-цифрового преобразователя 12 в цифровое значение. Цифровые значения измеренных величин вводят в микропроцессор 5 и с его помощью, извлекая из запоминающего устройства 6 заложенные там значения, рассчитывают по формуле [2] степень заряженности аккумулятора. После этого рассчитанное значение передают в цифровой индикатор 13.

Заявляемый способ был реализован согласно представленному чертежу. Определялась степень заряженности аккумуляторов свинцовых батарей 6СТ-190ТР. Использовалась ЭВМ, содержащая АЦП, микропроцессор, запоминающее устройство, устройство ввода и цифровой индикатор. Также применены операционный усилитель 140УД6 и датчик температуры 730080.

Испытания показали, что максимальная погрешность определения степени заряженности аккумулятора заявляемым способом не превышает 2,5%, а время определения составляет с учетом подготовительных операций 0,5 - 1,0 мин.

Таким образом, при использовании заявляемого способа повышается точность и ускоряется процесс определения степени заряженности аккумулятора.

Сущность изобретения: повышение точности и ускорения процесса определения степени заряженности аккумулятора достигнута за счет исключения влияния поляризации на результат измерения, а также учета влияния температуры электролита на равновесную электродвижущую силу (эдс) аккумулятора и зависимости равновесной эдс полностью разряженного аккумулятора от конструктивных параметров. Для этого равновесную эдс измеряют на двух электродах, дополнительно вводимых в электролит. Кроме того, в электролит также вводят датчик температуры, измеряют температуру электролита и в зависимости от ее величины корректируют значение равновесной эдс. 1 ил.

Способ определения степени заряженности аккумулятора, включающий измерение его равновесной электродвижущей силы и последующий расчет степени заряженности с учетом равновесной электродвижущей силы полностью заряженного аккумулятора, отличающийся тем, что запоминают значения объема электролита аккумулятора, номинальной емкости аккумулятора, равновесной электродвижущей силы полностью заряженного аккумулятора, после чего измеряют равновесную электродвижущую силу аккумулятора и температуру его электролита и определяют степень S заряженности аккумулятора их выражения

где V - объем электролита аккумулятора, см³;
E_и - измеренная равновесная электродвижущая сила аккумулятора, В;
K - температурный коэффициент измерения равновесной электродвижущей силы аккумулятора, В/град;
t_н - нормальная температура электролита, ^oС;
t_и - измеренная температура электролита, ^oС;
Q_н о м - эквивалентное количество электричества единицы объема электролита номинальной плотности, А • ч/см³;
С_н о м - номинальная емкость аккумулятора, А • ч;
E_з - равновесная электродвижущая сила полностью заряженного аккумулятора.