Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора Советский патент 1992 года по МПК H01M10/42 

31777190

Известен также способ определений плотности электролита при стоянке СА без тока, принятый в качестве прототипа, путем измерения установившегося значения ЭДС. Е свинцо;- вого аккумулятора и определения плотности электролита по формуле (7)

d Е - 0,84 (г/смз) (1)

Однако этот способ имеет методическую погрешность до 0,01 г/см3 и не позволяет определять плотность электролита СА в процессе разряда, т.к. при разряде невозможно измерять ЭДС; в то же время, контроль плотности электролита СА при разряде необходим, т.к. он позволяет оценивать состояние СА в процессе разряда, его остаточную емкость и выбирать оптимальный режим разряда.

Целью изобретения является повышение точности, а также измерение плотности электролита в процессе разряда,

Сущность изобретения состоит в том, что в режиме стоянки аккумулятора без тока измеряют его установившуюся ЭДС, но в отличие от прототипа, с целью повышения точности, а

также измерения плотности электролита в процессе разряда, предварительно определяют:

- зависимость установившейся ЭДС СА от плотности электролита, например, при 25°С, используя известную

Для определения плотности электролита предложенным способом предварительно определяют зависимость установившейся ЭДС свинцового аккумулятора от плотности электролита, например, при 25°С, используя извест ную аналитическую зависимость, которая обеспечивает большую точность определения плотности электролита по установившейся ЭДС

35

,041+0,0591 lg |--Нг

i cL II Ј U

(2)

аналитическую зависимость (2), которая обеспечивает большую точность оп-гдеаН ЗОф - активность серной кис- ределения плотности электролита полоты; установившейся ЭДС, чем это достига- Q а Н20 - активность воды в вод- ется в прототипе при использовании . Ных растворах электроэмпирической формулы; литов.

-изменение активности серной кис- Из формулы (2) не просматривается лоты и воды в водных растворах элёк-связь между ЭДС и плотностью элект- тролитов при изменении температуры 45ролита СА. Однако, такая связь суще- иа 1 С;ствует, поскольку активности a EZSO

-коэффициенты пропорциональное-и а Н20 зависят от концентрации ти между приращением, разрядной ем-и температуры электролита.

кости аккумулятора и приращениями Таблицы, отражающие эти зависиплотности электролита, а также по-мости, приведены, например.,,B(3j и

правку к ним, учитывающую влияние DUB СО, а концентрация и температура

уровня электролита в аккумуляторе наоднозначно определяют плотность

указанные коэффициенты пропорцио- электролита. В (3) с. 522 приводитнальности1,ся таблица, связывающая концентра-приращение плотности электролитацию с плотностью электролита при за счет саморазряда при 20°С. ™ 200С, в (5) даются поправки плотПри измерении плотности электролитаности в зависимости от температуры,

в режиме стоянки аккумулятора без то-Указанные данные в совокупности позка дополнительно измеряют температуруволяют определить зависимость плот0

5

5

0

0

электролита, и, используя известные температурный коэффициент 3,1,0 (2, с, 83) и изменения активной серной кислоты и воды в водных растворах электролитов при изменении температуры на 1°С, вычисляют ЭДС аккумулятора при 25°С, после чего, используя зависимость установившейся ЭДС от плотности электролита при 25°С, определяют плотность электролита при 25°С, а в процессе разряда измеряют ток разряда, время разряда, температуру электролита, вычисляют отданную аккумулятором емкость, приращение плотности электролита за счет разряда аккумулятора, приращение плотности электролита за счет саморазряда при измеренной температуре, а текущую плотность электролита при разряде получают, суммируя плотность электролита перед началом разряда с приращениями плотности электролита за счет разряда и саморазряда.

Для определения плотности электролита предложенным способом предварительно определяют зависимость установившейся ЭДС свинцового аккумулятора от плотности электролита, например, при 25°С, используя известную аналитическую зависимость, которая обеспечивает большую точность определения плотности электролита по установившейся ЭДС

,041+0,0591 lg |--Нг

i cL II Ј U

(2)

гдеаН ЗОф - активность серной кис- лоты; а Н20 - активность воды в вод- . Ных растворах электролитов.

ности электролита от установившейся ТА при известной температуре. Ниже приводится таблица, в которой по результатам анализа данных (л.З, Ц, 5, 6) определена зависимость установившейся ЭДС СА от плотности раствора серной кислоты при 25 С.

Указанные в таблице экспериментальные значения ЭДС Еэксп при 2$°С и концентрации в массовых процентах взяты из (л.З, с. 81). При этом концентрация в массовых процентах пересчитана на мольную концентрацию (моль/1000 г растворителя) ho известной (л. k, с. формуле:

1000 Р ш М(ТОО-Р)

(3)

где m - молярная концентрация}

Р - концентрация в массовых процентах;

М - молекулярный вес растворенного вещества (H2S04), выполнены расчеты и получены остальные данные таблицы. Если в таблице опустить первую строку, поскольку такие малые концентрации (плотности) в аккумуляторной практике(не применяются, то последний столбец указанной таблицы показывает, что расчет плотности при стоянке СА без тока предложенным методом обеспечивает достаточно высокую точность, удовлетворяющую требованиям практики.

Р предложенном способе предварительно определяют также, изменение активностей серной кислоты и воды в водных растворах электролитов при изменении температуры на 1 С. Это связано с предусмотренным в алгоритме, реализующем предложенный способ,пересчетом установившейся ЭЛС с текущей температуры на температуру 25°С. При разряде СА различными режимами от одночасового до 75-часового плотность электролита d по окончании разряда изменяется в пределах от 1,210 до 1,029 г/смз при 25°С, что соответствует изменению молярной кон цёнтрации m в пределах от 4,260 до 0,517 моль/1000 г. Как видно из (л.5 с. 115) при концентрации 9,6 - 16,6 мас.%, что соответствует ,08 2,03 моль/1000 г, активность а в растворе серной кислоты практически не зависит от температуры. В диапазоне концентраций тп ,260 - 0,517 моль/1000 г, которые имеют мес

0

5

0

5

0

g 5

5

0

5

то по окончании разряда СА различными режимами, наиболее явно зависимость активности а Н20 от температуры проявляется при концентрации 28,3 мас.% или ,02 моль/1000 г. Такая концентрация электролита возможна после разряда СА 1-часовым режимом. Но и в этом случае изменение активности а Н,0 на 1°С составляет менее 0,001, что дает основание пренебречь им.

Таким образом, при разработке алгоритмов, реализующего предложенный способ, определения плотности электролита СА, принято допущение, что активность а Н20 при тех концентрациях (плотностях) электролита, которые имеют место после окончания разряда различными режимами, не зависит от температуры.

Активность серной кислоты a H2SO при увеличении температуры уменьшается при всех концентрациях (пллтнос- тях), которые в практике эксплуатации СА имеет электролит (л. k, с.59М.

Анализ изменения коэффициента активности у серной кислоты в функции температуры при тех концентрациях (плотностях) электролита, которые имеют место после разряда СА различными режимами, позволил установить,, что для таких концентраций (плотностей) при увеличении температуры на 1°С коэффициент активности у серной кислоты уменьшается в 0,99 раз,,

Анализ изменения коэффициента активности Ґ серной кислоты в функции температуры в диапазоне концентраций (плотностей) электролита, которые имеют место в заряженном СА, позволил установить для таких концентраций (плотностей), что при увеличении температуры на 1°С уменьшается в 0,98 раз.

Анализ изменения активности воды а Н20 в функции температуры в диапазоне концентраций (плотностей) электролита, которые имеют место в заряженном СА позволил установить, что для таких концентраций (плотностей) при увеличении температуры на 1°С а Н20 увеличивается в 0,9977раз.

Предложенный способ предусматривает также предварительное определение коэффициентов пропорциональности между приращениями разрядной емкости и приращениями плотности электролита.

Известно, что каждому ампер-часу количества электричества, отданному

71777190

СА при разряде, соответствует расход 3,660 г серной кислоты и образование 0,672 г воды (л.2, с. 272-273). Однако получающееся при этом прираще- . ние плотности электролита, приведенное к одной температуре., будет различаться в зависимости от начальной плотности электролита в момент начала разряда и его начального объема: чем JQ больше начальная плотность электролита, тем меньше приращение плотности электролита.

Проведенные расчеты, например, для СА с площадью основания аккуму- 15 ляторного бака внутри него, равной 2170 см2, с объемом электролита 150л, с измеряемым уровнем электролита над блоком пластин, равном 73 мм при 30°С, позволили получить следующие значе- 20 ния коэффициентов пропорциональности К:

при d 25° 1,, К Р81Р2 при 1, 25°Ј 1,246, К 80833 при 1, 25°Ј 1,208, К 25 при 1, 25° 1,152, К 892Р6

df° &djc4 если

Л°9 ,25 ,25

где udc г dKH - d

-Cf

I25

к

о о

tfc + .

V20°

,25е

плотность электролита, приведенная к 25°С, на конец последних истекши суток,

температура электролита на конец последних исте ших суток;

плотность электролита, приведенная к 25°С, на конец предыдущих суток; температура электролита на конец предыдущих суток.

Формулы (6) получены на основании (л,6, с. 175), где показано, чт саморазряд СА после 20°С увеличивается вдвое при каждом увеличении те пературы на 10 С.

I25 кч

к-1

При определении плотности электролита предложенным способом в период стоянки СА без тока измеряют установившуюся ЭДС, например, циф„ „ ровым вольтметром, обеспечивающим лучено выражение для поправки /& ,учи- 30 измерение эдс с четырьмя знаками тывающеи влияние высоты уровня электролита, как величины прямо пропорциональной объему электролита на коэфпри 1, 25°5. 1,089, К 60625 при 1, 25° К 57059 На основе проведенных расчетов попосле запятой, измеряют температуру электролитаt например, с помощью термопреобразователя сопротивления и, используя известный температурны 35 коэффициент ЭДС,равный 0,00136 В/град (л.З, с. РЗ), а также предварительн полученные изменения активности сер ной кислоты и воды в водных раствор электролитов при изменении темперафициенты пропорциональности занных аккумуляторов:

/3 (0,)

30

где h Jo - высота уровня электролита,

после запятой, измеряют температуру электролитаt например, с помощью термопреобразователя сопротивления и, используя известный температурный 35 коэффициент ЭДС,равный 0,00136 В/град (л.З, с. РЗ), а также предварительно полученные изменения активности серной кислоты и воды в водных раствора электролитов при изменении темпера е Н 1..К еМПеРаТУРе 3° С П° туры на вычисляют ЭДС аккумуля, тора при 25°С, после чего, используя (6)

вестной формуле:

h30 h - 0,6(t-30) мм,

где hi - высота уровня электролита

при температуре t°C; 5 t - измеренная температура, С. Приращение плотности электролита за счет саморазряда определяется по результатам измерения плотности элек „Г w- -гч™ Я Г f 4J i

тролита в период стоянки СА без то- 50 электролита, вычисляют отданную ка, например, через каждые 2ч ч и приводится к 20°С по формулам:

предварительно полученную зависимость установившейся ЭДС от плотности электролита при 25°С (см. таблицу), определяют плотность электролита при

25°С,

При определении плотности электролита в процессе разряда измеряют ток разряда время разряда, температуру

аккумулятором емкость по формулам:

&d

-Cf

t-° top

-20

если

t:P зо°с

,20

10

™ . iu dc Ыс

если 20%tJ 30°

df° &djc4 если

Л°9 ,25 ,25

где udc г dKH - d

-Cf

I25

к

о о

tfc + .

плотность электролита, приведенная к 25°С, на конец последних истекших суток,

температура электролита на конец последних истекших суток;

плотность электролита, приведенная к 25°С, на конец предыдущих суток; температура электролита на конец предыдущих суток.

(6) получены на основа. 175), где показано, что СА после 20°С увеличивапри каждом увеличении тем10 С.

ровым вольтметром, обеспечивающим измерение эдс с четырьмя знаками

после запятой, измеряют температуру электролитаt например, с помощью термопреобразователя сопротивления и, используя известный температурный коэффициент ЭДС,равный 0,00136 В/град (л.З, с. РЗ), а также предварительно полученные изменения активности серной кислоты и воды в водных растворах электролитов при изменении температуры на вычисляют ЭДС аккумулятора при 25°С, после чего, используя

предварительно полученную зависимость установившейся ЭДС от плотности электролита при 25°С (см. таблицу), определяют плотность электролита при

25°С,

-гч™ Я Г f 4J i

электролита, вычисляют отданную

При определении плотности электролита в процессе разряда измеряют ток разряда время разряда, температуру

аккумулятором емкость по формулам:

С0

Ip At,

(7)

где С. - приращение разрядной емкосР

/Р - &t

, ти:

величина тока разряда, const - временной интервал измерения тока,

у17

,(8)

где Ср - отданная аккумулятором емкость на текущий момент времени разряда. Имея значения плотности электролита перед включением аккумулятора на разряд, выбирают в соответствии с нею коэффициент пропорциональности К, пересчитывают уровень электролита после последнего заряда, измеренный при температуре t° , на 3 0°С, по формуле (6), вычисляют поправку/), учитывающую влияние уровня электролита в аккумуляторе на коэффициент пропорциональности К по формуле (5),, вычисляют новое значение коэффициента К пропорциональности К по формуле

К K/i ,

(о) 20

вычисляют приращение плотности элек- тролита за счет разряда аккумулятора по формуле

М

- CL К1

(10)

и текущую плотность электролита при 25° С по формуле:

. .ч i СР.

,.d d -ZKT ;

(11)

где d - плотность электролита перед началом разряда, измеренная при стоянке СА без тока.

Вычисляют приращение плотности 35 электролита за счет саморазряда, для

чего предварительно вычисленное при- - ращение плотности электролита за счет

саморазряда при 20°С пересчитывают на текущую температуру по формулам: 4

idj Adf--™, если

. Д° ,,2o°t-10

dc u dc o }45

если 20°гсЈ 30°С(12)

udf kdf, если t 20° С

вычисляют часовой саморазряд по фор- 50 муле:

,20 г udc

q -24(13)

после часа разряда опять вычисляют часовой саморазряд для текущей температуры по формуле:

1°

и Д d и/1,

q 2™ .(1А)

90Ю

По данным часового разряда для начала и по окончании каждого часа разряда вычисляют по формуле средний саморазряд за час

(15)

q (q +qf )/2

5

0

0

5

5

0

g

5

и через каждый час разряда q суммируют и с плотностью электролита, полученной по формуле (11).

Проведенная опытная проверка способа показала, что он обеспечивает высокую точность определения плотности электролита при стоянке СА без тока и в процессе разряда.

Использование предложенного способа повышает точность определения плотности электролита СА при стоянке без тока и в процессе разряда, упрощает осуществление контроля плотности электролита СА, создает предпосылки для его автоматизации с использованием вычислительной техники.

Формула изобретения

Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора в режиме стоянки его без тока путем измерения установившегося значения ЭЛС и вычисления плотности электролита по формуле

d Е - 0,84,

где d - плотность электролита при

+15°С; Е - установившееся значение ЭДС

свинцового аккумулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, а также измерения плотности электролита в процессе разряда, предварительно определяют зависимость установившейся ЭДС свинцового аккумулятора от плотности электролита при 25°С, изменение активности серной кис.лоты и воды в водном растворе серной кислоты при изменении температуры на 1°С,. коэффициенты пропорциональности меж1- ду приращениями разрядной электрической емкости аккумулятора и приращениями плотности электролита, а также поправку к ним, учитывающую влияние уровня электролита на указанные коэффициенты пропорциональности, приращение плотности электролита за счет саморазряда при 20°С, при определении плотности электролита измеряют установившуюся ЭДС ак11 1

кумулятора при стоянке его без тока, температуру электролита и, используя температурный коэффициент ЭД.О 0,00736 В/град и предварительно полученные изменения активностей серной кислоты и воды в водном растворе серной кислоты при изменении температуры на 1°С, вычисляют ЭДС аккумулятора при 25°С, после чего,используя зависимость установившейся ЭДС от плотности электролита при 25°С, определяют плотность электро- лита при 25°Ct а в процессе разряда измеряют ток разряда, время разряда,

7719012

температуру электролита, вычисляют отданную аккумулятором электрическую емкость, приращение плотности элект- к ролита за счет разряда аккумулятора, приращение плотности электролита за счет саморазряда при измеренной (текущей) температуре, а текущую плотность электролита при разряде аккуму

.JQ лятора получают суммированием плотности электролита перед началом разряда и приращений плотности электролита за счет разряда и саморазряда аккумулятора.

15

Использование: способ предназначен для определения плотности электролита свинцового аккумулятора. Сущность изобретения: при определении плотности учитывается отданная текущая емкость свинцового аккумулятора, коэффициент пропорциональности между приращением разрядной электрической емкости аккумулятора и приращением плотности электролита. Кроме того, учитывается уровень электролита, при ращение плотности электролита за счет самозаряда при 20 С. Текущую плотность электролита при разряде аккумулятора получают суммированием плотности электролига перед началом разряда и приращением плотности электролита за счет разряда и саморазряда аккумулятора. 1 табл. (Л С в верхней части бака СА, откуда берут некоторое количество электролита для осуществления измерений, могут отличаться от значений плотности электролита, находящегося внутри блока пластин СА, на +0,05 г/см3 в то время, как для практики требуется оценивать интегральную плотность электролита с большей точностью: - высокая трудоемкость, т.к. измерения осуществляются вручную. vi vi vj д Ю