Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора
Использование: для определения плотности электролита свинцового аккумулятора в период стоянки аккумулятора без тока по его измеренной установившейся ЭДС, в процессе разряда аккумулятора путем вычисления исходной массы электролита перед разрядом, вычисления расхода серной кислоты и образования воды при разряде в зависимости от отданной аккумулятором электрической емкости и вычисления плотности электролита, а также в процессе заряда аккумулятора путем вычисления исходной массы электролита перед зарядом, вычисления массы образующейся серной кислоты и расходующейся воды в зависимости от затраченных на заряд ампер-часов с учетом предварительно вычисленного коэффициента использования подводимой при заряде электроэнергии и вычисления плотности электролита. 4 табл.
Изобретение относится к технике измерений.
Известен способ определения плотности электролита свинцовых аккумуляторов (СА) [1] Основным недостатком данного способа, принятого в качестве прототипа, является низкая точность при определении плотности электролита в процессе заряда, вследствие чего он не предусматривает определение плотности электролита в процессе заряда СА. Низкая точность указанного способа объясняется тем, что он не учитывает коэффициент использования подводимой при заряде электроэнергии на преобразование сернокислого свинца РвSО4, образующегося на электродах СА при разряде, в активные вещества (РвО2 на положительном электроде и Рв на отрицательном). Известно, что указанный коэффициент зависит от величины зарядного напряжения, наличия посторонних примесей в аккумуляторе, степени его заряженности, выработки ресурса и может изменяться от значения, близкого к единице в начале заряда, до нуля в конце заряда. Целью изобретения является повышение точности при определении плотности электролита в процессе разряда и расширение функциональных возможностей способа за счет определения плотности электролита в процессе заряда. Сущность изобретения состоит в том, что при определении плотности электролита СА в режиме стоянки без тока измеряют его установившуюся ЭДС и температуру электролита и, используя известные температурный коэффициент ЭДС, равный 0,00136 В/град [2, с. 83] изменение коэффициента активности серной кислоты в электролите после разряда и заряда при изменении температуры на 1оС (при увеличении температуры на 1оС коэффициент активности уменьшается в 0,99 раз после разряда и в 0,98 раз после заряда [2] изменение активности воды в растворе серной кислоты после разряда и заряда при изменении температуры на 1оС (при увеличении температуры на 1оС активность воды увеличивается в 0,9979 раз после заряда и остается практически неизменной после разряда [2] зависимость плотности электролита от установившейся ЭДС СА при 25оС, приведенную в табл. 1 [2] вычисляют значение установившейся ЭДС СО при 25оС по формуле (1) и значение плотности электролита при 25оС интерполяцией данных табл. 1, а при определении текущей плотности электролита в процессе разряда и заряда, в отличие от прототипа, при постановке СА в эксплуатацию заряжают его и после стоянки СА без тока в течение 24 ч измеряют ЭДС СА, уровень и температуру электролита, определяют, как указано выше, плотность электролита при 25оС, после чего производят разряд СА, в процессе разряда измеряют ток разряда, время разряда, температуру электролита, вычисляют отданную СА электрическую емкость по формуле (2), после окончания разряда и стоянки без тока в течение 3-4 ч измеряют уровень и температуру электролита, ЭДС СА, определяют, как указано выше, плотность электролита при 25оС, вычисляют массу израсходованной при разряде серной кислоты и образовавшейся воды по формулам (3) и (4) соответственно, вычисляют интегральную плотность электролита после разряда и стоянки СА без тока в течение 3-4 ч по формуле (5), приводят плотность электролита перед началом разряда и интегральную плотность электролита после окончания разряда и стоянки СА без тока в течение 3-4 ч к температуре 20оС по известной зависимости [3, c. 405] приведенной в табл. 2, вычисляют массовый процент серной кислоты в электролите перед началом разряда и по окончании разряда по известной зависимости [4, c. 522] приведенной в табл. 3, вычисляют массу электролита перед разрядом по формуле (6) и после разряда по формуле (7), приводят плотность электролита перед разрядом и интегральную плотность электролита после разряда и стоянки СА без тока в течение 3-4 ч к 30оС, используя данные табл. 2, и вычисляют объем электролита перед разрядом и после разряда по формулам (8) и (9) соответственно, при последующем заряде в процессе заряда измеряют ток заряда, время заряда, вычисляют сообщенные аккумулятору ампер-часы заряда по формуле (10), вычисляют текущие значения массы электролита по формулам (11)-(14) в зависимости от вида заряда и массового процента серной кислоты в электролите по формулам (16) (19) в зависимости от вида заряда, определяют текущее значение плотности электролита при 20оС, используя данные табл. 3, и при 25оС, используя данные табл. 2, измеряют уровень электролита и приводят его к 30оС по формуле (20), последние текущие значения массы электролита, массового процента серной кислоты в электролите, плотности электролита при 25оС и уровня электролита при 30оС перед выключением заряда фиксируют, в период последующей стоянки СА без тока в течение 24 ч плотность электролита, полученную на конец заряда, считают постоянной, а после истечения 24 ч стоянки СА без тока определяют плотность электролита по установившейся ЭДС СА и температуре электролита, как указано выше, вычисляют приращение объема электролита при 30оС по отношению к объему электролита СА при 30оС по истечении 24 ч стоянки без тока после первого заряда, используя предварительно установленную зависимость приращения объема электролита в функции уровня электролита (см. например, табл. 4) и вычисляют объем электролита по истечении 24 ч стоянки СА без тока последнего заряда по формуле (21), приводят плотность электролита, полученную после 24 ч стоянки СА без тока после последнего заряда к 20 и 30оС, используя данные табл. 2, и вычисляют массу электролита по формуле (22) и массовый процент серной кислоты в электролите, используя данные табл. 3, уточняют коэффициент использования подводимой при заряде электроэнергии по формулам (23)-(26) в зависимости от вида заряда при стоянке СА после заряда без тока более 24 ч периодически определяют плотность электролита при 25оС по установившейся ЭДС и температуре электролита, как указано выше, приводят плотность электролита к 20оС, используя данные табл. 2, определяют массовый процент серной кислоты в электролите, используя данные табл. 3, вычисляют массу электролита на текущий момент по формуле (27), по истечении каждых суток стоянки СА без тока после заряда фиксируют плотность электролита при 25оС, начиная с вторых суток стоянки СА без тока после заряда, вычисляют средний саморазряд за сутки по формуле (28), при стоянке СА без тока после заряда более трех суток перед окончанием стоянки уточняют коэффициент использования подводимой при заряде электроэнергии по формулам (29) (32) в зависимости от вида заряда, если очередной заряд проводят при другом переходном напряжении по отношению к переходному напряжению предыдущего заряда такого вида, то коэффициент использования подводимой при заряде электроэнергии корректируют по переходному напряжению, увеличивая его на 0,06 при уменьшении переходного напряжения на одну ступень или уменьшая на 0,06 при увеличении переходного напряжения на одну ступень, понимая под тремя ступенями переходного напряжения его значения 2,42-2,44; 2,44-2,46; 2,46-2,48 В, в случае доливки СА при заряде дистиллированной водой измеряют уровень и температуру электролита до и после доливки, приводят уровень электролита к 30оС по формуле (20), вычисляют приращение объема электролита, используя предварительно установленную зависимость приращения объема электролита в функции уровня электролита (см. например, табл. 4), корректируют текущее значение массы электролита по формуле (33) и массового процента серной кислоты в электролите по формуле (34), в процессе последующего разряда измеряют ток разряда, время разряда, температуру электролита, вычисляют отданную СА электрическую емкость по формуле (35), вычисляют массу электролита на текущий момент по формуле (36) и массовый процент серной кислоты в электролите на текущий момент по формуле (37), определяют по известной зависимости (см. табл. 3) текущее значение плотности электролита при 20оС, пересчитывают его по известной зависимости (см. табл. 2) на 30оС, последующие значения массы электролита и массового процента серной кислоты в электролите, вычисленные перед выключением заряда, фиксируются. Для определения плотности электролита СА предложенным способом предварительно заряжают СА и после стоянки его без тока в течение 24 ч измеряют уровень и температуру электролита, установившуюся ЭДС СА при 25оС по формуле E25






tр время разряда, ч;
Iр ток разряда, А. После окончания разряда и стоянки СА без тока в течение 3-4 ч измеряют уровень и температуру электролита, установившуюся ЭДС СА при 25оС по формуле (1) и определяют плотность электролита при 25оС интерполяцией данных табл. 1, вычисляют массу израсходованной при разряде серной кислоты по формуле
М1 0,00366

М2 0,000672

Ср отданная СА при разряде электрическая емкость, А-ч [5, c. 272-273] Вычисляют интегральную плотность электролита СА после разряда и стоянки без тока в течение 3-4 ч по формуле






Mн=

М1 масса израсходованной при разряде серной кислоты, кг;
М2 масса образовавшейся при разряде воды, кг;

Рн массовый процент серной кислоты в электролите перед разрядом, и вычисляют массу электролита после разряда по формуле
Мк Мн М1 + М2, (7) где Мк масса электролита после разряда, кг, остальные обозначения указаны выше. Используя известную зависимость (см. табл. 2), приводят плотность электролита перед разрядом и интегральную плотность электролита после разряда и стоянки СА без тока в течение 3-4 ч к 30оС и вычисляют объем электролита при 30оС перед разрядом по формуле
V



Мн масса электролита перед разрядом, кг;
d



где

Мк масса электролита после разряда, кг;

Cз=

где С3 сообщенные СА ампер-часы заряда;
t3 время заряда, ч;
I3 ток заряда, А, вычисляют текущее значение массы электролита по формулам (11)-(14) в зависимости от вида заряда:
для нормального заряда при поддержании постоянным напряжения на четвертой ступени заряда (U3IV=const) по формуле М3=Мк + 0,002988[С3I + Kn(C3II + C3III) + + 0,3KnC3IV'] + dв





для нормального заряда при поддержании постоянным тока на четвертой ступени заряда (I3IV=const) по формуле М3=Мк + 0,002988[C3I + Kn(C3II + C3III) + + 0,4KnC3IV'] + dв





для заряда с малым газовыделением по формуле М3=Мк + 0,002988[C3I + Kn(C3II + C3III) + + 0,95Kn(C3IV+C3V'] + dв




для форcированного заряда по формуле
М3 Мк + 0,002988 (C3I + KпфC3II') +
+ dв


3,6

М3 текущее значение массы электролита при заряде, кг;
С3I ампер-часы, сообщенные в данный момент на первой ступени заряда;
Кn коэффициент использования подводимой при заряде электроэнергии на восстановление активных веществ для нормального заряда и заряда с малым газовыделением;
С3II, C3III, C3IV ампер-часы, сообщенные в данный момент соответственно на второй, третьей, четвертой ступенях заряда;
Кпф коэффициент использования подводимой при заряде электроэнергии на восстановление активных веществ для форсированного заряда;
С3II', C3IV', C3V' ампер-часы, сообщенные в данный момент на последней ступени соответственно форcированного заряда, нормального заряда, заряда с малым газовыделением (для нормального заряда при I3IV=const и для заряда с малым газовыделением вычисление соответственно С3IV' и C3V' осуществляется до момента, пока в течение 0,5 ч увеличение напряжения аккумулятора




U3'' U3' 0,00015 (I3'' I3')

(15) где U3'' напряжение СА в конце получасового интервала времени заряда, В;
U3' напряжение СА в начале получасового интервала времени заряда, В;
I3'' ток заряда в конце получасового интервала времени заряда, А;
I3' ток заряда в начале получасового интервала времени заряда, А;
0,00015 коэффициент, численно равный изменению напряжения СА большой емкости в конце заряда при изменении тока на 1 А, В/А; а после невыполнения этого условия считаются постоянными равными последнему значению С3II' или С3IV', при котором условие (15) еще выполнялось;
С3II'', C3IV'', C3V'' ампер-часы, сообщенные в данный момент на последней ступени соответственно форcированного заряда, нормального заряда, заряда с малым газовыделением и идущие на электролиз (они вычисляются с момента невыполнения условия




dв удельный вес дистиллированной воды (принимается равным 1 кг/л);


h уровень электролита, мм. Вычисляют текущее значение массового процента серной кислоты в электролите по формулам (16)-(19) в зависимости от вида заряда:
для нормального заряда при U3IV=const по формуле
Pз=


для нормального заряда при I3IV=const по формуле
Pз=


для заряда с малым газовыделением по формуле
Pз=


для форсированного заряда по формуле
Pк=

где Рк массовый процент серной кислоты в электролите на конец разряда;
Р3 текущее значение массового процента серной кислоты в электролите при заряде, остальные обозначения, что и в формулах (11)-(14). Далее по известной зависимости (см. табл. 3) определяют текущее значение плотности электролита при 20оС и приводят ее к 25оС по известной зависимости (см. табл. 2), измеряют уровень и температуру электролита и приводят уровень электролита к 30оС по формуле
h30o=hto + 0,6 (30 to), (20) где h30o уровень электролита при 30оС, мм;
hto уровень электролита при toC, мм;
to текущая температура электролита, оС; последние текущие значения массы электролита, массового процента серной кислоты в электролите, плотности электролита при 25оС и уровня электролита при 30оС перед выключением заряда фиксируют. В период последующей стоянки СА без тока в течение 24 ч плотность электролита, полученную на конец заряда, считают постоянной, а после истечения 24 ч стоянки определяют плотность электролита по установившейся ЭДС и температуре электролита, как указано выше, вычисляют приращение объема электролита при 30оС по отношению к объему электролита СА по истечении 24 ч стоянки без тока после первого заряда, используя зависимость

V








Мн V


d

V

для нормального заряда при U3IV=сonst по формуле
Kп=


для нормального заряда при I3IV=const по формуле
Kп=


для заряда с малым газовыделением по формуле
Kп=


для форcированного заряда по формуле
Kпф


где обозначения те же, что в формулах (16)-(19). При стоянке СА после заряда без тока более 24 ч периодически определяют плотность электролита при 25оС по установившейся ЭДС и температуре электролита, как указано выше, приводят полученную плотность электролита к 20оС по известной зависимости (см. табл. 2), определяют массовый процент серной кислоты в электролите по зависимости, приведенной в табл. 3, и вычисляют массу электролита на текущий момент по формуле
M= Mн- 0,002988

Мн и Рн соответственно текущее значение массы электролита и массового процента серной кислоты в электролите при стоянке СА без тока после заряда более 24 ч, кг и%
По истечении каждых суток стоянки СА без тока после заряда фиксируют плотность электролита при 25оС и, начиная с вторых суток, вычисляют средний саморазряд за сутки по формуле







j индекс, указывающий количество суток стоянки СО без тока после заряда на данный момент;






d


Мн и Рн соответственно масса электролита и массовый процент серной кислоты в электролите на момент стоянки СА без тока после заряда 24 ч, кг и
При стоянке СА без тока после заряда более 3 сут перед окончанием стоянки уточняют коэффициент использования подводимой при заряде электроэнергии по формулам (29)-(32) в зависимости от вида заряда:
для нормального заряда при U3IV=const по формуле
Kп=


для нормального заряда при I3IV=const по формуле
Kп=


для заряда с малым газовыделением по формуле
K



для форсированного заряда по формуле
K



где








М3 и Р3 те же значения до корректировки, кг и
dв удельный вес воды (принимается равным 1 кг/л);

C


Iр ток разряда, А;
tр время разряда, ч. вычисляют массу электролита на текущий момент по формуле
М' М 0,002988 Ср, (36) где М' масса электролита на текущий момент времени разряда, кг;
М исходное значение массы электролита перед разрядом, кг;
Ср отданная СА электрическая емкость на текущий момент времени, А-ч, вычисляют массовый процент серной кислоты в электролите на текущий момент времени разряда по формуле
P


Р исходное значение массового процента серной кислоты в электролите перед разрядом;
М исходное значение массы электролита перед разрядом, кг;
Ср отданная электрическая емкость на текущий момент времени, А-ч, определяют по зависимости, приведенной в табл. 3, текущее значение плотности электролита при 20оС и пересчитывают его по известной зависимости (см. табл. 2) на температуру 30оС. Последние значения массы электролита и массового процента серной кислоты в электролите, вычисленные перед выключением разряда, фиксируют. Проведенная опытная проверка способа показала, что он обеспечивает высокую точность определения плотности электролита при стоянке СА без тока в процессе разряда и заряда. Тем самым обеспечивается контроль плотности электролита с высокой точностью во всех основных режимах эксплуатации СА и создаются предпосылки для автоматизации этого контроля с помощью электронных вычислительных машин.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2