СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ЕМКОСТИ СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА Российский патент 1998 года по МПК H01M10/42 G01R31/36 G05B23/02 

Изобретение относится к области техники измерений, конкретно к способам определения остаточной емкости свинцового аккумулятора (СА).

Известны эмпирические формулы для описания зависимости разрядной емкости СА от тока (Л. 1, с. 78 - 80). Однако эти формулы позволяют определять разрядную емкость СА при его разряде от полностью заряженного состояния до конечного разрядного напряжения одним фиксированным током разряда. Если при таком разряде подсчитывать отданную СА емкость, умножая величину тока разряда на время разряда, и определить по приведенным в Л. 1, с. 78 - 80 эмпирическим формулам общую разрядную емкость при данном токе разряда, то можно в любой момент разряда определить остаточную емкость СА, т.е. ту электрическую емкость, которую СА отдаст дополнительно, если его разряжать таким фиксированным током до конечного разрядного напряжения. Но если СА разряжается током не одной величины, а в ходе разряда ток принимает различные значения, то такой алгоритм определения остаточной емкости СА не может быть использован, т. к. указанные эмпирические формулы не определяют разрядную емкость СА при изменяющемся токе разряда. А между тем, иногда очень важно иметь возможность определять остаточную емкость СА независимо от предшествовавшего режима разряда, например, когда от свинцовой аккумуляторной батареи питаются приводные электродвигатели, за счет которых обеспечивается движение объекта, и когда знание остаточной емкости СА позволит определить расстояние, которое объект еще может пройти с определенной скоростью.

Известна также нагрузочная вилка (Л. 2, с. 40). Она позволяет определять степень разряженности аккумулятора по величине разрядного напряжения, которое устанавливается на нем при подключении к зажимам аккумулятора нагрузочного резистора, устанавливаемого в нагрузочную вилку, и подобранного на удвоенный ток 10-часового разряда проверяемого аккумулятора.

Однако такие нагрузочные вилки изготавливаются только для аккумуляторов малой емкости, а для аккумуляторов, номинальная емкость которых составляет тысячи ампер-часов, нагрузочных вилок не существует.

Способ определения остаточной емкости СА с помощью нагрузочной вилки принят за прототип.

Основными недостатками способа, принятого за прототип, являются: низкая точность, невозможность его применения для аккумуляторов большой емкости, невозможность определять остаточную емкость в зависимости от величины предусматриваемого тока разряда, а также затруднительность его автоматизации, поскольку данный способ предусматривает ручное вворачивание соответствующего нагрузочного резистора, ручное подключение нагрузочной вилки к зажимам проверяемого аккумулятора и ручное нажатие кнопки для подключения нагрузочного резистора к зажимам аккумулятора.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков.

Сущность изобретения состоит в том, что для определения разрядной емкости свинцового аккумулятора предварительно для аккумулятора такого типа в начале эксплуатации проводят циклы: полный заряд СА - разряд одним из основных применяемых режимов разряда (1-часовой, 2-часовой, 5-часовой, 10-часовой, 20-часовой, 50-часовой) до конечного разрядного напряжения с охватом такими циклами всех перечисленных основных режимов разряда и устанавливают зависимость разрядного напряжения в каждом из этих режимов разряда от отданной емкости, осуществляя в процессе разряда интегрирование тока разряда в функции времени разряда и измерение разрядного напряжения. Эти зависимости запоминают.

В процессе эксплуатации СА такого типа при его разряде осуществляют интегрирование тока разряда в функции времени разряда и измерение разрядного напряжения, а в случае необходимости определить остаточную разрядную емкость СА для любого из основных разрядных токов устанавливают этот разрядный ток на время, достаточное для измерения разрядного напряжения, измеряют разрядное напряжение и, используя предварительно полученную зависимость разрядного напряжения при установленном токе от разрядной емкости, определяют остаточную емкость СА в данном режиме разряда.

Если по каким-либо причинам в данный момент нельзя давать СА ток разряда, при котором необходимо определить остаточную разрядную емкость, то по величине тока разряда СА на текущий момент и соответствующей ему величине разрядного напряжения вычисляют полное внутреннее сопротивление СА, а затем, используя его, вычисляют разрядное напряжение СА при интересующем нас токе основного режима разряда и, используя соответствующую зависимость разрядного напряжения от разрядной емкости, определяют остаточную разрядную емкость при данном основном режиме разряда.

Если же остаточную разрядную емкость требуется определить для тока разряда, отличного от основных, то ее получают линейной интерполяцией значений остаточной разрядной емкости, которые вычисляют указанным выше способом для двух ближайших основных токов разряда, между которыми находится интересующий нас ток разряда.

Периодически, когда по правилам эксплуатации таких СА проводят лечебный цикл, то определяют разрядную емкость на текущий момент времени при разряде током 20-часового разряда и вычисляют коэффициент изменения отдаваемой емкости СА, равный отношению полученной в последнем лечебном цикле разрядной емкости 20-часового разряда к разрядной емкости 20-часового разряда, полученной для данного типа СА на начальный момент эксплуатации и зафиксированной.

При дальнейшей эксплуатации СА получаемые указанным выше способом значения остаточной разрядной емкости умножают на коэффициент изменения отдаваемой разрядной емкости СА для вычисления фактического значения разрядной емкости.

Для определения остаточной разрядной емкости СА предварительно для аккумулятора такого типа в начале эксплуатации проводят циклы: полный заряд СА - разряд одним из основных применяемых режимов разряда (1-часовой, 2-часовой, 5-часовой, 10-часовой, 20-часовой, 50-часовой) до конечного разрядного напряжения U_к с охватом такими циклами всех перечисленных основных режимов разряда, и устанавливают зависимость разрядного напряжения U_pj от отданной разрядной емкости C_pj для каждого из основных режимов разряда, т.е. U_pj = f/(C_pj), где j = 1, 2,..., 6 - индекс, соответствующий порядковому номеру пронумерованных основных режимов разряда, осуществляя в процессе разряда интегрирование тока разряда в функции времени разряда, т.е. вычисляя

где
I_pj - ток разряда в j-м основном разрядном режиме, А;
t_pj - время разряда в j-м основном разрядном режиме, ч,
и измерение разрядного напряжения U_pj,В. Зависимости U_pj = f(C_pj), j = 1, 2, . . . , 6 запоминают. В процессе эксплуатации СА такого типа при его разряде осуществляют интегрирование тока разряда в функции времени разряда и измерение разрядного напряжения, а в случае необходимости определить остаточную разрядную емкость СА для любого из основных разрядных токов, устанавливают этот разрядный ток на время, достаточное для измерения разрядного напряжения, измеряют разрядное напряжение и, используя предварительно полученную зависимость разрядного напряжения при установленном токе от разрядной емкости, определяют остаточную емкость СА в данном режиме разряда. Если по каким-либо причинам в данный момент нельзя давать СА нагрузку током, при котором необходимо определить остаточную разрядную емкость, то по величине тока разряда СА на текущий момент и соответствующей ему величине разрядного напряжения вычисляют полное внутреннее сопротивление СА по формуле

где
ток разряда СА на текущий момент времени, А;
разрядное напряжение на текущий момент времени, В;
полное внутреннее сопротивление СА на текущий момент времени, Ом;
Затем вычисляют разрядное напряжение СА при интересующем нас токе основного режима разряда, например, по формуле

где
ток основного режима разряда, при котором необходимо определить остаточную разрядную емкость, отличный от фактического тока разряда на текущий момент времени, А;
разрядное напряжение СА, которое будет при токе
полное внутреннее сопротивление СА на текущий момент времени, Ом.

По разрядному напряжению используя зависимость разрядного напряжения от разрядной емкости при токе определяют соответствующую току остаточную разрядную емкость.

Если же остаточную разрядную емкость требуется определить для тока разряда, отличного от основных, то ее получают линейной интерполяцией значений остаточной разрядной емкости, которые вычисляют указанным выше способом для двух ближайших основных токов разряда, между которыми находится интересующий нас ток разряда.

Периодически, когда по правилам эксплуатации таких СА проводят лечебный цикл, то определяют разрядную емкость на текущий момент времени при разряде током 20-часового режима и вычисляют коэффициент изменения отдаваемой емкости СА по формуле

где
β - коэффициент изменения отдаваемой емкости СА;
C_рл - разрядная емкость 20-часового режима разряда, полученная в последнем лечебном цикле, А-ч;
C_рф - разрядная емкость 20-часового режима разряда, предварительно полученная в начале эксплуатации для СА такого типа и зафиксированная, А-ч.

При дальнейшей эксплуатации СА получаемые указанным выше способом значения остаточной разрядной емкости умножают на коэффициент β для вычисления фактического значения остаточной разрядной емкости.

Предложенный способ может быть реализован с помощью "Системы диагностирования свинцовой аккумуляторной батареи" (Л.3).

Литература
1. Дасоян М.А., Агуф И.А. Современная теория свинцового аккумулятора. - Л.: Энергия, 1975.

2. Притулюк В.А. Химические источники тока в авиации. - М.: Воениздат, 1978.

3. А. с. N 1783479 СССР. Система диагностирования свинцовой аккумуляторной батареи /Ю.П. Найденко, Ю.В. Скачков, М.Д. Маслаков, А.П. Рыбкин, А. П. Батин, С.Р. Юдилевич. - Опубл. 28.12.92, Бюл. N 47.

Способ предназначен для определения остаточной емкости свинцового аккумулятора в любой момент его разряда в функции величины тока разряда и величины разрядного напряжения. Способ основан на предварительном определении семейства зависимостей разрядного напряжения от разрядной емкости для аккумулятора такого же типа в основных режимах его разряда (1-, 2-, 5-, 10-, 20- и 50-часовым), используя которые по величине разрядного напряжения аккумулятора такого типа на текущий момент времени разряда для интересующего нас тока разряда, осуществляя в процессе разряда интегрирование тока и измерение разрядного напряжения, вычисляют остаточную емкость аккумулятора при его разряде интересующим нас током. Способ обеспечивает повышение точности.

Способ определения остаточной емкости свинцового аккумулятора по величине устанавливающегося напряжения на его зажимах при включении аккумулятора на нагрузочный резистор, устанавливаемый в нагрузочную вилку и подобранный на удвоенный ток 10-часового разряда проверяемого аккумулятора, отличающийся тем, что предварительно для соответствующего типа аккумулятора проводят циклы: полный заряд свинцового аккумулятора - разряд одним из основных применяемых режимов разряда (1-, 2-, 5-, 10-, 20-, 50-часовой) до конечного разрядного напряжения с охватом такими циклами всех перечисленных основных режимов разряда и устанавливают зависимость разрядного напряжения в каждом из этих режимов разряда от отданной разрядной емкости, осуществляя в процессе разряда интегрирование тока разряда в функции времени разряда и измерение разрядного напряжения, и полученные зависимости фиксируют, а в процессе эксплуатации свинцовых аккумуляторов такого типа при их разряде осуществляют интегрирование тока разряда в функции времени разряда и измерение разрядного напряжения и в случае необходимости определяют остаточную разрядную емкость для любого из основных разрядных токов, устанавливают этот ток на время, достаточное для измерения разрядного напряжения, измеряют разрядное напряжение и, используя предварительно полученную зависимость разрядного напряжения от разрядной емкости при установленном токе, определяют остаточную емкость аккумулятора в данном режиме разряда, а в случае нецелесообразности по каким-либо причинам в данный момент давать аккумулятору нагрузку током разряда, при котором необходимо определить остаточную разрядную емкость, то измеряют ток разряда и разрядное напряжение, производят допустимое изменение тока разряда и опять измеряют ток разряда и разрядное напряжение, после чего, используя полученные данные, определяют полное внутреннее сопротивление аккумулятора и, умножая полученное полное сопротивление на интересующий ток основного режима разряда, для которого требуется определить остаточную емкость аккумулятора, вычисляют разрядное напряжение, которое будет при таком токе разряда, и по соответствующей зависимости разрядного напряжения от разрядной емкости определяют остаточную разрядную емкость при данном основном токе разряда, а в случае, когда остаточную разрядную емкость требуется определить для тока разряда, отличного от основных, для которых получены соответствующие зависимости разрядного напряжения от разрядной емкости, то ее получают интерполяцией значений остаточной разрядной емкости, которые определяют указанным выше способом для двух ближайших основных токов разряда, между которыми находится интересующий нас ток разряда, при этом периодически, когда по правилам эксплуатации таких свинцовых аккумуляторов проводят лечебный цикл, то определяют разрядную емкость на текущий момент времени при разряде током 20-часового режима разряда и вычисляют коэффициент изменения отдаваемой емкости аккумулятора, равный отношению полученной в последнем лечебном цикле разрядной емкости 20-часового режима разряда к разрядной емкости 20-часового режима разряда, полученной для данного типа аккумулятора на начальный момент эксплуатации и зафиксированной, а при дальнейшей эксплуатации аккумулятора получаемые указанным выше способом значения остаточной разрядной емкости умножают на коэффициент изменения отдаваемой разрядной емкости аккумулятора для вычисления фактического значения остаточной разрядной емкости.