Способ определения работоспособностиНиКЕль-КАдМиЕВОй АККуМуляТОРНОйбАТАРЕи Советский патент 1981 года по МПК H01M10/42 

1

Изо.бретение касается определения работоспособности никель-кадмиевой аккумуляторной батареи в процессе эксплуатации, используемой в автономных системах электроснабжения на транспорте и летательных аппаратов в качестве буферного каскада или резервного источника.

Основным свойством аккумуляторной батареи (АВ) в автономной системе электроснабжения (СЭС; является способность аккумулировать электроэнергию в периоды ее избытка и передавать потребителям во время ее недостатка при определенном напряжении. Поскольку работоспособность СЭС как целого зависит от .работоспособности АБ как части, в процессе эксплуатации существует необходимость в cHCTerfarHMecKOM определении работоспособности АБ.

Известен способ определения работоспособности АБ через определение ее степени заряженности с помо1цью

счетчика ампер-часов, который обеспечивает измерение тока через АБ и его интегрирование. При этом предполагается, что на протяжении некоторого промежутка времени, называемого гарантированным ресурсом, характеристики АБ изменяются не существенно и тогда имеется возможность утверждать, что количество электричества, сообщенное АБ при заряде,

10 равно количеству электричества, полученному от нее при разряде, И что конечное напряжение при зарядеИ разряде не будет превышать допустимой величины .

5

Однако в процессе дпительной эксплуатации никель-кадмиевой батареи ее электрические характеристики изменяются и счетчик ампер-часов не способен учитывать происходящие внут20ри АБ изменения и его показания с течением становятся недостоверными.

Дальнейшее совершенствование автономных СЭС связано с увеличений 3эффективности их использования, с повьшением удельных характеристик и с существенным увеличением ресурса. Одним из препятствий на этом пути является отсутствие прямых способов измерения параметров АБ, которые бы обеспечили объективное определение ее работоспособности и Х беспечш1И бы эксплуатацию не только в течение некоторого гарантированнрго ресурса, но в несколько раз боль шего срока без еньшения надежности. Известен способ определения состояния АБ по разрядным характеристикам, которые представляются в виде аналитических выражений, коэффициенты которых могут быть определены свой ствами аккумуляторов и найдены из ра рядных характеристик, снятых опытным путем 2. Способ включает также процессы измерения тока и напряжения. Однако известные аналитические вы ражения разрядных характеристик характеризуют только процесс разряда, процесс заряда- они не описьгаают. Для получения изначальной информации об АБ для уточнения этих выражений понадобилась бы остановка работающей СЭС, проведение тестового заряда и разряда, а уж после этого стало бы возможным прогнозирование работоспос ности АБ при разрядах с точностью 10-15%. Целью изобретения является увепич ние точности определения работоспрсо .ности никель-ка/ 4иевой АБ в процессе эксплуатации без нарушения электросн жения потребителей. Это достигается слетотащим образом во время заряда или разряда АБ производят измерение тока через АВ и напряжение Л1а ее , после че го включают систему, обесяечившощун) стабилизавдао тока через АВ, и снова измеряют ток и напр;{жение батареи} через определённые промежутки вре мени производят измерение ншфяжения на батарее до тех пор, пока оно не достигнет некоторой установивдайся ве личины;о .по результатам :нзмерений производят определение параметров динамической модели никель-псадаиевой батареи, которая-имеет вид U,|.(S) - напряжение на батарее в области комплексного переменного S; E(S) - номинальное напряжение батареи в области комплексного переменного S; К - коэффициент передачи у упругого апериодического звена, В/А; Т, - постоянная времени дифференгщрующего звена, с; Тс - постоянная времени апериодического звена, с; К 2 - коэф4 1Циент передачи интегрирующего звена тре-; тьего порядка, В/А; I (S) - ток через АБ в области комплексного переменного S. Затем производят оценку работоспособности батареи по семейству зарядно-разрядных характеристик, получаемых из динамической модели с помощью обратного преобразования Лапласа, по формулам ,-ЧФ( V-VVKli4lL-i). где и« - напряжение на АБ при заряде; 1 - ток заряда АБ, А; EQ - номинальное напряжение батар и для одного аккумулятора типа КНГК-90СА 1,29545 В; t - текущее время, с; Un - напряжение на АБ при разряде, В} р - ток разряда АБ, А; е - основание натурального логарифма. На фиг. I представлен, вариант схемы для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 - кривая зависимости (t) батареи. В СЭС (г. 1) аккумуляторная батарея 1 заряжается от генератора 2 и разряжается на потребители Э. Коммутатором 4 включается система стабилизации тока через АБ, которая состоит из измерительного элемёитй 5 и исполнительного 6. Напряжега1е на АБ измеряется с помо1цью измерителя 7, а ток через АБ - с помощью измерителя 8. В определенный момент времени t (фиг. 2) производят измерение напряжения иа АБ, а также ток через АБ, 5 коммутатором А включают систему ста билизации тока через АБ: элементы 5 и 6, после чего снова измеряют на пряжение и ток. Далее через определенные промежутки времени производя измерение напряжения до тех пор, пока оно не достигнет некоторой установившейся величины. По результатам .измерений строят эпюру напряжения (фиг. 2). Параметры динамической модели опр деляются следующим образом K, B4il. U1A5 где и - напряжение на АБ до включения системы стабилизации то ка; О- - напряжение на АБ в установи шемся режиме после включени системы стабилизации тока; приращение тока после включения системы стабилизации Постоянная времени апериодическог звена определяется кз эпюры напряжен (фиг. 2) как , постоянная времени дифференцирующего звена определяется по формуле т т -«- -f U,-Ua где Ua напряжение на АБ сразу же после включения системы ста билизации тока через АБ; t g-UKp -IP 1э где конечное разрядное напряжение АБ при токе стабилизации;конечное зарядное напряжени на АБ при токе стабилизаJ ции; tp I - разрядный и зарядный токи в режиме стабилизации. Адекватность динагатаеской модели оригиналу проверяется на АБ из 22 аккумуляторов типа КНГК-90СА. Расхож дение расчетных опытных характеристи при нормальной температуре окружающей среды не превслпает 1,5%. Семейство зарядно-разрядных харак .теристик, полученных с помощью предложенной методики, дает исчерпывающ информацию о работоспособности 56 никель-кадмиевой аккумуляторной батареи и позволяет прогнозирование ее проведения при различных режимах эксплуатации. Формула изобретения Способ определения работоспособности никель-кадмиевой аккумуляторной батареи, включаюпщй измерение тока и напряжения, о т л и ч а ю щ и и .с я тем, что, с целью увеличения точности определения без нарушения процесса электроснабжения потребителей, после измерения напряжения и тока через батарею , включают режим стабилизации тока, дискретно измеряют ток к напряжение до момента достижения им установившегося значения, по результатам измерения определяют параметры динамической модели и производят оценку работоспособности по семейству зарядно- разрядных характеристик, получаемых из динамической модели по формулам Vbl P4 z-)« sVbE.; p-Ui-V K L-i (t-) fejгде U- - зарядное напряжение на батарее, В; 1- зарядный ток батареи. А; EQ - номинальное напряжение батареи, В; t - текущее время, с; К. - коэффициент передачи упругого апериодического звена В/А; К- - коэффициент передачи интегрирующего звена третьего порядка, В/А; е - основание натурального логарифма;Up - 1 азрядное напряжение на батарее, В; In - разрядный ток батареи, А. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 506808, кл. G О R 11/34, 1973. 2.Романов В.В. и др. Химические источники тока. - М., Советское радио, 1968, с. 25 (прототип).

I

cvj

i:

is.fc$