Способ определения степени заряженности аккумулятора
Сущность изобретения: повышение точности и ускорения процесса определения степени заряженности аккумулятора достигнута за счет исключения влияния поляризации на результат измерения, а также учета влияния температуры электролита на равновесную электродвижущую силу (эдс) аккумулятора и зависимости равновесной эдс полностью разряженного аккумулятора от конструктивных параметров. Для этого равновесную эдс измеряют на двух электродах, дополнительно вводимых в электролит. Кроме того, в электролит также вводят датчик температуры, измеряют температуру электролита и в зависимости от ее величины корректируют значение равновесной эдс. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности, к химическим источникам тока, и может быть применено для контроля технического состояния, например, свинцовых аккумуляторов. Кроме того, изобретение может быть использовано в техническом устройстве контроля технического состояния химического источника тока.
Известен и широко используется способ определения степени заряженности свинцового аккумулятора, заключающийся в измерении плотности и температуры электролита с помощью соответственно денсиметра и термометра, в приведении измеренной плотности к нормальной температуре и расчете степени заряженности с учетом плотности электролита полностью заряженного аккумулятора, зависящей от климатической зоны эксплуатации и времени года [1]. При расчете исходят из того, что с понижением температуры на 1o плотность электролита увеличивается на 0,0007 г/см3 и что снижение плотности электролита на 0,01 г/см3 соответствует потере 5 - 6% емкости. Следовательно, степень заряженности аккумулятора рассчитывают по формуле S = 100 - k1{dз - dи[1 + k2(tн - tи)]}, где S - степень заряженности аккумулятора, %; k1 - коэффициент изменения степени заряженности аккумулятора, равный 5 - 6%/(г/см3); d3 - плотность электролита полностью заряженного аккумулятора при нормальной температуре электролита, равная 1.22 - 1.30 г/см3 в зависимости от зоны эксплуатации и времени года; dи - измеренная плотность электролита, г/см3; k2 - температурный коэффициент изменения плотности электролита, равный минус 0.0007 (г/см3) град; tн - нормальная температура электролита, равная плюс 25oC; tи - измеренная температура электролита, oC. Определение степени заряженности аккумулятора указанным способом производят с погрешностью, достигающей 12% и более. Такая низкая точность обуславливается диапазоном изменения степени заряженности на единицу плотности, погрешностью денсиметра, субъективной погрешностью, возникающей из-за малой контрастности прозрачного мениска на фоне шкалы денсиметра и смачиваемости материалов денсиметра и наружного цилиндра ареометра, а также принимаемым допущением плотностного коэффициента изменения степени заряженности при различных значениях плотности электролита полностью заряженного аккумулятора. Точнее, степень заряженности определяется, если использовать эмпирическую зависимость между равновесной электродвижущей силой (эдс) аккумулятора и плотностью электролита, описываемой формулой E = 0,85 + d, где E - равновесная эдс свинцового аккумулятора, B; d - плотность электролита, г/см3. Известен способ определения степени заряженного химического источника тока по величине его эдс [2]. Способ позволяет обеспечить высокую точность определения указанного показателя при неизменных значениях температуры и плотностей электролита аккумулятора в полностью заряженном и полностью разряженном состояниях. Однако в реальных условиях перечисленные величины могут изменяться в широких пределах. Это приводит к существенным ошибкам в определенной степени заряженности аккумулятора при использовании известного способа. Наиболее близким техническим решением является способ определения степени заряженности аккумулятора, заключающийся в измерении его равновесной эдс и последующем расчете степени заряженности с учетом зависимости равновесной эдс полностью заряженного аккумулятора от зоны эксплуатации и времени года [3] . Расчет степени заряженности аккумулятора рассчитывают по формуле где S - степень заряженности аккумулятора, %; Eи - измеренная равновесная эдс аккумулятора, B; E2, Ep - равновесные эдс, полностью заряженного и полностью разряженного аккумулятора при нормальной температуре электролита, B. Однако и в этом способе отсутствует операция корректировки измеренной эдс в зависимости от температуры электролита, что обуславливает дополнительную ошибку в оценке заряженности аккумулятора до 3%. Кроме того, равновесная эдс полностью разряженного аккумулятора рассчитывается исходя из предпосылки о постоянстве в полностью заряженном и полностью разряженном состояниях. Фактически же равновесная эдс полностью разряженного аккумулятора определяется его конструктивными параметрами и не зависит от устанавливаемой в зависимости от зоны эксплуатации и времени года начальной плотности электролита. Следовательно, вышеуказанная предпосылка приводит к увеличению погрешности определения степени заряженности при изменении условий эксплуатации от стандартных. Цель изобретения состоит в повышении точности и ускорении процесса определения степени заряженности аккумулятора за счет исключения влияния поляризации на результат измерения, а также учета влияния температуры электролита на равновесную электродвижущую силу аккумулятора и зависимости равновесной электродвижущей силы полностью разряженного аккумулятора от его конструктивных параметров. Цель достигается тем, что в известном способе определения степени заряженности аккумулятора, включающем операции измерения равновесной эдс и расчета степени заряженности с учетом зависимости равновесной эдс полностью заряженного аккумулятора от эксплуатационных факторов, равновесную эдс измеряют на двух электродах, дополнительно вводимых в электролит. Кроме того, в электролит также вводят датчик температуры, измеряют температуру электролита и в зависимости от ее величины корректируют значение равновесной эдс. Заявляемый способ отличается от известного [3] тем, что при определении степени заряженности учитывают зависимость равновесной эдс полностью разряженного аккумулятора от его конструктивных параметров, описываемую формулой: , где Ep - равновесная эдс аккумулятора, В; Qном - эквивалентное количество электричества единицы объема электролита номинальной плотности, Ач/см3; V - объем электролита аккумулятора, см3; Cном - номинальная емкость аккумулятора, Ач. С учетом этой зависимости степень заряженности аккумулятора рассчитывают по формуле: , где S - степень заряженности аккумулятора, %;Eи - измеренная равновесная эдс аккумулятора, В;
k - температурный коэффициент измерения равновесной эдс аккумулятора, В/град;
tн - нормальная температура электролита, oC;
tи - измеренная температура электролита, oC;
Eз - равновесная эдс полностью заряженного аккумулятора, В. К тому же рассчитанное значение степени заряженности аккумулятора вводят в цифровой индикатор. Осуществление заявляемого способа определения степени заряженности аккумулятора поясняется схемой, изображенной на чертеже. Предварительно в устройство 1 ввода электронной вычислительной машины (ЭВМ) 2 вводят значения V-объема электролита 3 аккумулятора 4, Cном - его номинальной емкости и Eз - равновесной эдс полностью заряженного аккумулятора, характерной для данных зон эксплуатации и времени года. Посредством микропроцессора 5 указанные значения закладывают в запоминающее устройство 6. Затем в электролит 3 аккумулятора 4, имеющего собственные электроды 7, дополнительно вводят два электрода 8 и датчик 9 температуры. На дополнительно введенных электродах 8 измеряют равновесную эдс аккумулятора 4. В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) 10 ее превращают в цифровое значение. Посредством датчика 9 измеряют температуру электролита 3. Ее превращают при помощи операционного усилителя 11 и аналого-цифрового преобразователя 12 в цифровое значение. Цифровые значения измеренных величин вводят в микропроцессор 5 и с его помощью, извлекая из запоминающего устройства 6 заложенные там значения, рассчитывают по формуле [2] степень заряженности аккумулятора. После этого рассчитанное значение передают в цифровой индикатор 13. Заявляемый способ был реализован согласно представленному чертежу. Определялась степень заряженности аккумуляторов свинцовых батарей 6СТ-190ТР. Использовалась ЭВМ, содержащая АЦП, микропроцессор, запоминающее устройство, устройство ввода и цифровой индикатор. Также применены операционный усилитель 140УД6 и датчик температуры 730080. Испытания показали, что максимальная погрешность определения степени заряженности аккумулятора заявляемым способом не превышает 2,5%, а время определения составляет с учетом подготовительных операций 0,5 - 1,0 мин. Таким образом, при использовании заявляемого способа повышается точность и ускоряется процесс определения степени заряженности аккумулятора.
Формула изобретения
где V - объем электролита аккумулятора, см3;
Eи - измеренная равновесная электродвижущая сила аккумулятора, В;
K - температурный коэффициент измерения равновесной электродвижущей силы аккумулятора, В/град;
tн - нормальная температура электролита, oС;
tи - измеренная температура электролита, oС;
Qном - эквивалентное количество электричества единицы объема электролита номинальной плотности, А ч/см3;
Сном - номинальная емкость аккумулятора, А ч;
Eз - равновесная электродвижущая сила полностью заряженного аккумулятора.
РИСУНКИ
Рисунок 1