СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ЕМКОСТИ СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА Российский патент 2007 года по МПК G01R31/36 H01M10/42 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока, и может быть использовано для контроля технического состояния, например, свинцовых аккумуляторов.

Известен способ определения степени заряженности аккумулятора (RU, патент 2110119 С1 Н 01 М 10/48, G 01 R 31/36, 1998), заключающийся в том, что измеряют равновесную электродвижущую силу (эдс) аккумулятора на двух электродах, дополнительно вводимых в электролит. Кроме того, в электролит также вводят датчик температуры, измеряют температуру электролита, запоминают объем электролита, номинальную емкость аккумулятора, равновесную ЭДС полностью заряженного аккумулятора, с учетом которых рассчитывают степень заряженности аккумулятора, корректируя результат расчетов по температуре электролита.

Недостатком данного способа является то, что для определения степени заряженности требуется создание и применение дополнительных технических средств: электродов, датчиков температуры, измерителей объема электролита. Поэтому усложняется устройство для осуществления этого способа.

Известен также способ определения остаточной емкости свинцового аккумулятора (прототип) (Дасоян М.А., Агуф И.А. Современная теория свинцового аккумулятора. - Л.: Энергия, 1975), заключающийся в том, что предварительно для соответствующего типа аккумулятора по эмпирической формуле определяют его полную емкость в зависимости от тока разряда, температуры и концентрации электролита.

В процессе эксплуатации свинцового аккумулятора (СА) такого типа при его разряде неизменным током осуществляют интегрирование тока разряда в функции времени, получая таким образом разрядную емкость, а затем определяют остаточную емкость СА как разность полной емкости и разрядной емкости в данный конкретный момент времени.

Основным недостатком способа, принятого за прототип, является его низкая точность. Это обусловлено тем, что полная емкость СА и ее зависимость от тока разряда, температуры и концентрации электролита изменяются с течением времени. Каждый конкретный экземпляр СА имеет свои индивидуальные особенности и некоторое отличие его полной емкости от емкости, соответствующей данному типу СА. Кроме того, вычисление остаточной емкости как разности между полной и разрядной емкостью можно производить только, если весь разряд производится одним неизменным током. На практике же, в условиях эксплуатации СА разряжают чаще всего произвольно изменяющимся во времени током.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения остаточной емкости АБ в любой момент его разряда, независимо от изменения во времени тока разряда, за счет учета изменения характеристик АБ во времени, индивидуальных особенностей конкретной АБ, возможного отключения отстающего аккумулятора, ограничивающего емкость АБ, когда отстающим становится во время эксплуатации другой аккумулятор.

Сущность изобретения состоит в том, что предварительно для соответствующего типа аккумуляторов определяют эмпирическую формулу, устанавливающую зависимость полной емкости свинцового аккумулятора от тока разряда I_разр, температуры t и концентрации электролита d.

По индивидуально снятым при приемо-сдаточных испытаниях данной конкретной аккумуляторной батареи (АБ) значениям емкостей в двух режимах разряда определяют поправочные коэффициенты и уточненные значения полной емкости, соответствующие токам разряда, относящимся к намеченным поддиапазонам тока. В процессе разряда непрерывно определяют разрядную емкость АБ C_j,p, путем интегрирования тока разряда C_j,p=∑(I_j,p·Δt), и суммируют каждое ее приращение с содержимым j-той ячейки, где j - номер поддиапазона, к которому относится текущий ток разряда I_j,p._{Расчет остаточной емкости при текущем токе разряда, относящемся к n-ому поддиапазону, осуществляют путем приведения всех разрядных емкостей, полученных в различных поддиапозонах, к n-ому поддиапазону, суммирования приведенных разрядных емкостей и вычитания этой суммы из уточненного значения полной емкости, соответствующей n-ому поддиапазону.}

Способ определения остаточной емкости свинцового аккумулятора заключается в том, что предварительно, до начала эксплуатации, для соответствующего типа аккумуляторов определяют эмпирическую формулу, устанавливающую зависимость полной емкости свинцового аккумулятора от тока разряда I_разр, температуры t и концентрации электролита d

и снимают при приемо-сдаточных испытаниях индивидуально для данной конкретной аккумуляторной батареи значения емкостей в двух режимах разряда, например, С_1,чрр и С_50,чрр, соответственно в 1 и 50-часовом режиме разряда, по величине которых определяют по уравнению (1) и соответствующим токам разряда I_1,чрр и I_50,чрр величины полных емкостей С_1,чрр,н и С_50,чрр,н, поправочные коэффициенты на индивидуальные характеристики аккумуляторной батареи

и коэффициенты а_k и b_k в уравнении К_j=а_k+b_k·I_j зависимости поправочных коэффициентов от тока разряда

a_k=K_50,чрр-b_k·I_50,чрр

Разбивают диапазон возможных токов разряда на m поддиапазонов, устанавливая номер поддиапазона j в порядке возрастания тока, и рассчитывают средние значения токов I_j,ср в этих поддиапазонах и соответствующие этим токам расчетные значения полной емкости по формуле (1)

поправочные коэффициенты

K_j=а_k+b_k·I_j,ср,

а также уточненные значения полной емкости

Формируют столбец из m строк (по количеству поддиапазонов тока) для записи значений разрядной емкости.

В процессе разряда непрерывно определяют разрядную емкость АБ, путем интегрирования тока разряда C_j,p=∑(I_j,p·Δt), и каждое ее приращение суммируют с содержимым j-той ячейки, где j - номер поддиапазона, к которому относится текущий ток разряда I_j, получая таким образом в каждой j-той ячейке соответствующее значение разрядной емкости .

Для расчета остаточной емкости при текущем токе разряда, относящемся к n-ому поддиапазону, все разрядные емкости, полученные во всех j-ых поддиапозонах, приводят к n-ному поддиапазону по формуле

, для j=1, 2,...m.

Здесь:

- приведенное значение j-ой разрядной емкости к n-ому поддиапазону;

- коэффициенты приведения j-ых разрядных емкостей к n-ому поддиапазону, определяемые по формулам

- при j=n ;

- при j>n , (таким способом учитывается то, что при переходе с меньшего тока разряда на больший ток разрядная емкость (и, соответственно, остаточная емкость) уменьшается пропорционально полной емкости);

- при j<n (таким способом учитывается то, что при переходе с большего тока разряда на меньший ток разрядная емкость, не изменяясь, вычитается из соответствующей полной емкости, а остаточная емкость при этом немного (до 5%) уменьшается).

Остаточную емкость определяют по формуле

Аналогично рассчитывают остаточную емкость для любого другого значения тока, относящегося к k-ому поддиапазону.

В случае полного разряда АБ, т.е. ее отключения в связи с достижением конечного разрядного напряжения на отстающем аккумуляторе, производят корректировку всех расчетных значений полной емкости по поддиапазонам. Для этого рассчитывают поправочный коэффициент

где j - номер поддиапазона токов;

n - номер поддиапазона, в котором находился последний ток разряда.

На этот коэффициент умножают все значения полной разрядной емкости по поддиапазонам разрядных токов и новые значения сохраняют до следующего полного разряда АБ.

Если в процессе эксплуатации АБ будут исключены из батареи отстающие аккумуляторы, то в оставшихся аккумуляторах определяют номер другого аккумулятора с наименьшим напряжением, ограничивающий емкость АБ. По этому новому отстающему аккумулятору, когда разряд будет доведен до конечного разрядного напряжения, аналогично уточняют все значения полной разрядной емкости по поддиапазонам разрядных токов.

Таким образом, согласно предлагаемому способу расчет остаточной емкости можно производить при любых изменениях разрядного тока во времени и, кроме того, при расчете остаточной емкости учитывается изменение характеристик АБ во времени, индивидуальные особенности конкретной АБ, возможное отключение отстающего аккумулятора, ограничивающего емкость АБ, когда отстающим становится во время эксплуатации другой аккумулятор. Все это способствует повышению точности определения остаточной емкости АБ.

Сущность: предварительно для соответствующего типа аккумуляторов определяют эмпирическую формулу, устанавливающую зависимость полной емкости свинцового аккумулятора от тока разряда I_разр, температуры t и концентрации электролита d. По индивидуально снятым при приемо-сдаточных испытаниях конкретной аккумуляторной батареи (АБ) значениям емкостей в двух режимах разряда определяют поправочные коэффициенты и уточненные значения полной емкости, соответствующие токам разряда, относящимся к намеченным поддиапазонам тока. В процессе разряда непрерывно определяют разрядную емкость АБ, путем интегрирования тока разряда C_j,p=Z(I_j,p·Δt), и суммируют каждое ее приращение с содержимым j-той ячейки, где j - номер поддиапазона, к которому относится текущий ток разряда I_j,p._{Расчет остаточной емкости при текущем токе разряда, относящемся к n-ному поддиапазону, осуществляют путем приведения всех разрядных емкостей, полученных в различных поддиапозонах, к n-ному поддиапазону, суммирования приведенных разрядных емкостей и вычитания этой суммы из уточненного значения полной емкости, соответствующей n-ному поддиапазону. Технический результат: повышение точности.}

Способ определения остаточной емкости свинцового аккумулятора, заключающийся в том, что предварительно до начала эксплуатации для соответствующего типа аккумуляторов определяют эмпирическую формулу, устанавливающую зависимость полной емкости свинцового аккумулятора от тока разряда I_разр, температуры t и концентрации электролита d

отличающийся тем, что при приемосдаточных испытаниях данной конкретной аккумуляторной батареи индивидуально снимают значения емкостей в двух режимах разряда, например С_1,чрр и С_50,чрр, соответственно в 1 и 50-часовом режиме разряда, определяют по уравнению (1) и соответствующим токам разряда I_1,чрр и I_50,чрр величины полных емкостей С_1,чрр,н и С_50,чрр,н, поправочные коэффициенты на индивидуальные характеристики аккумуляторной батареи

и коэффициенты a_k и b_k в уравнении K_j=a_k+b_k·I_j зависимости поправочных коэффициентов от тока разряда

a_k=K_50,чрр-b_k·I_50,чрр

разбивают диапазон возможных токов разряда на m поддиапазонов, устанавливая номер поддиапазона j в порядке возрастания тока, и рассчитывают средние значения токов I_j,ср в этих поддиапазонах и соответствующие этим токам расчетные значения полной емкости по формуле (1)

поправочные коэффициенты

K_j=a_k+b_k·I_j,cp,

а также уточненные значения полной емкости

формируют столбец из m строк (по количеству поддиапазонов тока), в которые в процессе разряда записывают разрядные емкости, непрерывно определяемые путем интегрирования тока разряда C_j,p=Σ(I_j,p·Δt), и суммирования каждого ее приращения с содержимым j-той ячейки, где j - номер поддиапазона, к которому относится текущий ток разряда I_j,p, получая, таким образом, в каждой j-той ячейке соответствующее значение разрядной емкости , приводят все разрядные емкости, полученные в различных поддиапозонах, к n-ному поддиапазону по формуле

, для j=1, 2,...m,

где - приведенное значение j-й разрядной емкости к n-ному поддиапазону;

- коэффициенты приведения j-x разрядных емкостей к n-ному поддиапазону, определяемые по формулам

при j=n ;

при j>n ;

при j<n ,

суммируют все приведенные к n-му поддиапазону разрядные емкости и рассчитывают остаточную емкость, соответствующую разрядному току, относящемуся к n-му поддиапазону, по формуле

производят корректировку всех расчетных значений полной емкости по поддиапазонам при полном разряде аккумуляторной батареи, т.е. при ее отключении в связи с достижением конечного разрядного напряжения на отстающем аккумуляторе, путем расчета поправочного коэффициента

где j - номер поддиапазона токов;

n - номер поддиапазона, в котором находился последний ток разряда;

умножения на этот коэффициент всех уточненных значений полной разрядной емкости по поддиапазонам разрядных токов и сохранения новых значений до следующего полного разряда аккумуляторной батареи.