Способ определения степени заряженности аккумуляторной батареи Советский патент 1976 года по МПК H01M10/48 H01M10/24 

1

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к области контроля нараметров электрохимических источников тока - аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

Известный способ определения степени заряженпости аккумуляторной батареи путем измерения величины установившегося значения тока ее заряда от зарядного источника постоянного тока, номинальное напряжение которого равно максимальному значению зарядного напряжения батареи, измерения напряжения батареи при отключенном зарядном источнике и сравнении полученных величин с зарядными вольтамнерными характеристиками, соот:встствуюш,ими различной фактической емкости (заряженности) иснытуемой батареи, не обеспечивает необходимой точности измерений, отличается относительно большой аппаратурной сложностью и вследствие быстрого изменения напряжения батареи, отключенной от источника, требует высокой сноровки экспериментатора, производяшего отсчеты по приборам.

Известен также способ определения степсни заряженности основной батареи путем сравнения ее напряжения с напряжением контрольной, составленной из элементов нормального использовапия и резервного элемента батареи. Контрольная батарея включается

последовательно с основпон при заряде, отключается нри ее разряде и вновь подключается к ней при определении степени разряда основой батареи. Указанный способ обеспечивает высокую точность при равенстве емк:остсй аккумуляторов основной и контрольно батарей. Он сравнительно просто реализуется в стационарных з ловиях, однако не учитывает потери емкости аккумуляторов вследстBi;e их саморазряда и из-за большой громоздкости практически не применим в полевых условиях, особенно иа подвижных объектах, например, для определения характеристик аккумуляторов, эксплуатируемых на трапспортных с;;едствах.

Цель изобретения - повысить точность и упростить процесс определення стенепи заряженпости аккумуляторов и аккумуляторных батарей, иреимушественно со ш,елочным электролитом.

Это достигается тем, что по предлагаемому способу заряд батареи производят через токоограпичивающий резистор эталонного сопротивления, а искомую величину определяют по измеренному значению напряжения испытуемой батареи, вольтамперной характеристике системы: зарядный источник - резистор - аккумуляторная батарея и характеристике зависимости степеп;; заряженности от нанряженмя батареи, отнесенного к нанряжеппю лсточпика.

На фнг. I показана схема устройства для реализацнн предлагаемого способа; па фиг. 2-внешняя статическая (вольтамперная) характеристика системы: источник - токоограпичнвающнй резистор-аккумуляторная батарея, построенная в относительных единицах, и кривые зависимостей емкости аккумуляторов от относительного напряжения испытуемого объекта.

Аккумуляторную батарею 1 заряжают от поминального источника 2 через токоограничивающий резистор 3, т. е. одна клемма 4 источника подключена к клемме батареи пепосредствеппо, а между клеммой 5 источника и клеммой 6 батареи включен эталонный резистор. В общем случае резистор может иметь переменное сопротивление, однако его величина должна определяться с погрешностью, не превосходящей требуемой точности измерения.

В цепях ускорения процесса экспериментального определения зависимости тока / системы (зарядного тока аккумуляторов) от текущего значения запасенной аккумуляторами емкости Q, токоограничивающий резистор может быть защунтирован. Определение точек кривых упомянутой зависимости производят после отключения щунта и стабилизации текущего значения зарядного тока, определяемого ПО падеппю папряжепня на эталонном резисторе.

Внешняя характеристика системы: зарядный источник-резистор-аккумуляторная батарея, описываемая уравнением + U: (где t/H-напряжение источника, U -напряжение аккумуляторов, а - сопротивлепие токоограничивающего резистора), выраженная в относительных единицах, имеет вид , и представляет собой уравнение прямой. Здесь A UA/UH - относительное зарядное напряжение аккумуляторов, а / //Б - относительный ток системы, т. е. в качестве базового значения напряжения принята его максимальная величина в системе (значение напряжения зарядного источника), а в качестве базового значения тока /Б-максимальное значение тока системы /в -UiilR при закороченных клеммах 4-6.

На графике фиг. 2, где по оси абсцисс отложено относительное значение зарядного тока, а но оси ординат - относительные значения напряжения и емкости, внешняя (вольтамперная) характеристика системы представлена прямой лииией а; прямая b на этом же графике иллюстрирует изменение относительного значения падения напряжения на резисторе.

Если в качестве базового значения емкости принять ее фактическое максимальное значение, то изменение относительного фактического значения полной емкости Q Q/Qz иллюстрирует кривая с. В реальных условиях эксплуатации аккумуляторы разряжают не no:inoстью. поэтому их максимальная эксп.туатацмонная емкость при циклировании, т. с. при частичном разряде аккумуляторов до допустимого минимального разрядного напряжения, имеет значение меньще величины фактической емкости. Кроме того, в системах питания нагрузки с малым диапазоном изменения паПряжения, рабочий разряд аккумуляторов

осуилсствляется до напряжения, превышающего минимально допустимое разрядпое папряжение. Вследствие этого ве;шчина рабочей емкости всегда меньше эксплуатационной, которая, в свою очередь, является составной

частью полной фактической емкости. Ноэтому при определении зависимости относительных значений рабочей и эксплуатационной емкости аккумуляторов от тока заряда (относительного зарядного напряжения) в качестве

базового значения удобно принимать соответственно рабочую и эксплуатационную емкость, выраженную в амперчасах. Изменение относительного значения рабочей и эксплуатационной емкости аккумуляторов в функции относительного значения тока системы иллюстрируют соответственно кривые d и е. Такие кривые для аккумуляторов конкретной электрохимической системы снимают экспериментально при их изготовлении или в процессе эксплуатации. Эти зависимости, определенные, например, для одного аккумулятора, справедливы для батареи, содержащей любое число аккумуляторов.

Определение степени заряженности аккумуляторов (батареи), т. е. их остаточной рабочей, эксплуатационной или полной емкости, осуществляют следующим образом.

Испытуемый объект подключают к зарядпому источнику номинального напряжения

через токоограничивающий резистор известной величины и контролируют иадение напряжения на резисторе. По достижении напряжением на резисторе установившегося значения уточняют напряжение источпика и батареи и по полученным данным рассчитывают относительное значение зарядного напряжения. Затем по рассчитанному относительному зарядному напряжению и зависимости степепи заряженности находят величину соответствующей относительной емкости, а затем рассчитывают действительные значения этих емкостей в амперчасах, от есть Q Q-Q5Предлагаемый способ определения степени заряженностн и действительного значения емкости аккумуляторов является достаточно простым и обеспечивает высокую точность при контроле параметров батареи с любым числом аккумуляторов, сохраняя при этом все положительные свойства ранее известных способов определения емкости аккумуляторных батарей.

Форм у л а и 3 о 6 р е т е и и я

Способ определения степени заряженности аккумуляторной батареи, преимущественно со

щелочным электролитом, оенованныл на определении величин установившихся значении зарядного тока и напряжения батареи, соединенной с зарядным источником номинального напряжения, и сопоставлении полученных значений вольтамиерной характеристики с данными вольтамперных характеристик, соответствующих различной степени заряжениости батареи, отличающийся тем, что, с целью повыщепия точности и упрощения ироцссса, заряд оатареи производят через токоограничивающий резистор эталонного сопротивления, а искомую величину определяют по измеренному значению иапрял ения испытуемой батареи, вольтамнерной характеристике системы: зарядный источник-резистор-аккумуляторная батарея и характеристике зависимости степени заряженности от напряжения батареи, отнесенного к напряжению источника.

Т/

J