Способ определения разбухания активной массы пластин свинцового аккумулятора

 

Изобретение относится к способу определения разбухания активной массы пластин свинцового аккумулятора в процессе эксплуатации. Способ основан на вычислении отношения объема электролита при 30°С и номинальном уровне электролита, определяемого по известному алгоритму и фиксируемого в начале эксплуатации аккумулятора, к объему электролита при 30^oС и номинальном уровне электролита, периодически вычисляемого в процессе эксплуатации по тому же алгоритму. Это отношение является количественной относительной характеристикой разбухания активной массы пластин аккумулятора в процессе эксплуатации. Техническим результатом изобретения является стабилизация характеристик аккумулятора путем контроля неисправности в процессе эксплуатации и принятия профилактических мер. 5 табл.

Изобретение относится к области техники измерений, конкретно к способам определения разбухания активной массы пластин свинцового аккумулятора (СА) в процессе эксплуатации.

Разбухание активной массы пластин СА констатируют в литературе по аккумуляторам [1, с.26-27], однако его определяют путем вывода аккумулятора из эксплуатации, извлечения блока пластин из аккумуляторного бака, непосредственного измерения пластин и сравнения измеренных значений толщины пластин с указанными в технических условиях. К такой операции в процессе эксплуатации обычно не прибегают. Это делают иногда в исследовательских целях.

Основным недостатком такого способа определения разбухания активной массы пластин является невозможность определять разбухание активной массы пластин СА в процессе эксплуатации без извлечения блока пластин из аккумуляторного бака, т.е. без частичной разборки аккумулятора.

Целью изобретения является определение разбухания активной массы пластин СА в процессе эксплуатации без частичной разборки аккумулятора, что позволяет контролировать развитие этой отрицательно влияющей на электрические характеристики аккумулятора неисправности в процессе эксплуатации и своевременно принимать необходимые профилактические меры для ее уменьшения.

Сущность изобретения состоит в том, что для определения разбухания активной массы пластин СА при установке аккумулятора в эксплуатацию его заряжают и после стоянки СА без тока в течение 24 ч измеряют установившуюся ЭДС СА, уровень и температуру электролита, находящегося над блоком пластин, и с помощью предварительно установленной зависимости температуры электролита внутри блока пластин от температуры электролита над блоком пластин СА и продолжительности стоянки СА без тока после заряда определяют температуру электролита внутри блока пластин, вычисляют по формуле (1) [2] установившуюся ЭДС СА при 25^oC и плотность электролита при 25^oC интерполяцией данных табл.1 [2] (табл.1-5 см. в конце описания), 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 СА без тока в течение 3-4 ч измеряют уровень и температуру электролита, ЭДС СА, определяют, как указано выше, установившуюся ЭДС и плотность электролита при 25^oC, вычисляют массу израсходованной при разряде серной кислоты и образовавшейся воды по формулам (3) и (4) соответственно, вычисляют интегральную плотность электролита после окончания разряда и стоянки СА без тока в течение 3-4 ч по формуле (5) [2], приводят плотность электролита перед началом разряда и интегральную плотность электролита после окончания разряда и стоянки СА без тока в течение 3-4 ч к 20^oC по известной зависимости [3, с.405], приведенной в табл.2, вычисляют массовый процент серной кислоты в электролите перед началом разряда и по окончании разряда и стоянки аккумулятора без тока в течение 3-4 ч по известной зависимости [4, с. 522], приведенной в табл.3, вычисляют массу электролита перед разрядом по формуле (6), приводят плотность электролита перед разрядом к 30^oC, используя данные табл. 2, и вычисляют объем электролита перед разрядом при 30^oC по формуле (7), используя предварительно установленную зависимость приращения объема электролита в функции уровня электролита для данного типа аккумулятора, приводят полученный объем электролита перед разрядом при 30^oC к номинальному уровню электролита аккумулятора и этот объем фиксируют, в процессе эксплуатации СА периодически, например, один раз в три месяца проводят цикл, аналогичный указанному выше, и по такому же алгоритму вычисляют новый объем электролита СА перед разрядом при 30^oC и номинальном уровне электролита, а в качестве количественной оценки разбухания активной массы пластин СА используют отношение зафиксированного объема электролита при 30^oC и номинальном уровне электролита к этому новому объему электролита перед разрядом при 30^oC и номинальном уровне электролита, полученному в процессе эксплуатации.

Для определения разбухания активной массы пластин СА при постановке аккумулятора в эксплуатацию заряжают его и после стоянки СА без тока после заряда в течение 24 ч измеряют установившуюся ЭДС СА, уровень и температуру электролита, находящегося над блоком пластин, и с помощью предварительно установленной зависимости температуры электролита внутри блока пластин от температуры электролита над блоком пластин СА и продолжительности стоянки СА без тока после окончания заряда (для одного из типов СА приведена в табл.5) определяют температуру электролита внутри блока пластин, вычисляют установившуюся ЭДС СА при 25^oC по формуле [2] где Е - измеренная ЭДС СА, В; E_о = 2,041 +0,00136 (-25) - стандартная ЭДС СА при температуре электролита C, B; - температура электролита внутри блока пластин СА, определяемая по измеренной температуре электролита, находящегося над блоком пластин, с помощью предварительно установленной зависимости температуры электролита внутри блока пластин от температуры электролита над блоком пластин СА и продолжительности стоянки СА без тока после заряда, ^oC; F = 96484,93 Кл^-1моль^-1 - постоянная Фарадея; R = 8,3144 Дж К^-1моль^-1 - универсальная газовая постоянная; T = +273 - абсолютная температура электролита внутри блока пластин СА, К; P - коэффициент, характеризующий изменение активности серной кислоты в электролите соответствующей плотности при изменении температуры на 1°С (для СА с номинальной плотностью электролита выше 1,300 г/см³ равен 0,98); g - коэффициент, характеризующий изменение активности воды в растворе серной кислоты соответствующей плотности при изменении температуры на 1^oC (для СА с номинальной плотностью электролита выше 1,300 г/см³ равен 0,9979).

По полученному значению установившейся ЭДС СА при 25^oC интерполяцией данных табл. 1 [2] определяют плотность электролита СА при 25^oC. Затем производят разряд СА. В процессе разряда измеряют ток разряда, время разряда, температуру электролита, вычисляют отданную СА электрическую емкость по формуле

где C_р - отданная при разряде СА электрическая емкость, А-ч;
t_р - время разряда, ч;
I_р - ток разряда, А.

После окончания разряда и стоянки без тока в течение 3-4 ч измеряют уровень и температуру электролита, установившуюся ЭДС СА при измеренной температуре электролита, вычисляют установившуюся ЭДС СА при 25^oC по формуле (1) и определяют плотность электролита при 25^oC интерполяцией данных табл. 1, вычисляют массу израсходованной при разряде серной кислоты по формуле
M₁ = 0,00366 C_р, (3)
где M₁ - масса израсходованной при разряде серной кислоты, кг; и вычисляют массу образовавшейся при разряде воды по формуле
М₂ = 0,000672 C_р, (4)
где М₂ - масса образовавшейся при разряде воды, кг;
C_р - отданная при разряде электрическая емкость, А-ч [5, с.272 -273].

Вычисляют интегральную плотность электролита СА после разряда и стоянки без тока в течение 3-4 ч по формуле

где - плотность электролита при 25^oC после окончания разряда и стоянки СА без тока в течение 3 - 4 ч, полученная по установившейся ЭДС СА и температуре с использованием формулы (1) и зависимости, приведенной в табл. 1, кг/л;
интегральная плотность электролита при 25^oC после окончания разряда и стоянки СА без тока в течение 3 - 4 ч, кг/л;
- поправка, учитывающая разность плотности электролита в порах пластин и над блоком (она принимается для одночасового разряда 0,001 кг/л; для двухчасового разряда 0,002 кг/л; для пятичасового разряда 0,003 кг/л; для десятичасового разряда 0,004 кг/л; для двадцатичасового разряда 0,005 кг/л; для пятидесятичасового и более 0,006 кг/л, а для промежуточных режимов разряда определяется интерполяцией указанных значений, поправка берется со знаком "плюс"). Затем 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 20^oC по известной зависимости [3, с.405], приведенной в табл.2, вычисляют массовый процент серной кислоты в электролите перед началом разряда и по окончании разряда по известной зависимости [4, с.522], приведенной в табл.3, вычисляют массу электролита перед разрядом по формуле

где М_н - масса электролита перед разрядом, кг;
M₁ - масса израсходованной при разряде серной кислоты, кг;
М₂ - масса образовавшейся при разряде воды, кг;
массовый процент серной кислоты в электролите, соответствующий интегральной плотности электролита при 20^oC после окончания разряда и стоянки СА без тока в течение 3-4 ч;
P_н - массовый процент серной кислоты в электролите перед разрядом,
приводят плотность электролита перед разрядом к 30^oC, используя данные табл.2, и вычисляют объем электролита перед разрядом по формуле

где объем электролита перед разрядом при 30^oC, л;
М_н - масса электролита перед разрядом, кг;
плотность электролита перед разрядом при 30^oC, кг/л.

После чего, используя предварительно установленную зависимость приращения объема электролита в функции уровня электролита для данного типа аккумулятора (см. , например, табл.4 для одного из типов СА), приводят полученный объем электролита при 30^oC перед разрядом к номинальному уровню электролита аккумулятора, и этот объем фиксируют. В процессе эксплуатации СА периодически, например один раз в три месяца, проводят цикл, аналогичный указанному выше, и по такому же алгоритму вычисляют новый объем электролита СА перед разрядом при 30^oC и номинальном уровне электролита, а в качестве количественной оценки разбухания активной массы пластин СА используют отношение зафиксированного объема электролита при 30^oC и номинальном уровне к этому новому объему электролита перед разрядом при 30^oC, приведенному к номинальному уровню и полученному в процессе эксплуатации.

Способ может быть реализован с помощью "Системы диагностирования свинцовой аккумуляторной батареи" [6].

Литература
1. Болотовский В.И., Вайсгант З.И. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов. -Л.: Энергоатомиздат, 1988.

2. Патент РФ N 2050645. Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора /Скачков Ю. В. , Маслаков М.Д., Малахов Ю.В. Опубл. 20.12.95, Бюл. N 35.

3. Краткий справочник химика. Перельман В.И. -М.: ГНТИ химической литературы, 1963.

4. Справочник химика. Т.3. -М.-Л.: Химия, 1964.

5. Устинов П. И. Стационарные аккумуляторные установки. -М.: Энергия, 1970.

6. Авт. св. N 1783479 СССР. Система диагностирования свинцовой аккумуляторной батареи/Найденко Ю. П., Скачков Ю.В., Маслаков М.Д., Рыбкин А.П., Батин А.П., Юдилевич С.Р. Опубл. 23.12.92, Бюл. N 47.

Формула изобретения

Способ определения разбухания активной массы пластин свинцового аккумулятора, отличающийся тем, что при постановке аккумулятора в эксплуатацию его заряжают и после стоянки аккумулятора без тока в течение 24 ч измеряют установившуюся ЭДС, уровень и температуру электролита, находящегося над блоком пластин, и с помощью предварительно установленной зависимости температуры электролита внутри блока пластин от температуры электролита над блоком пластин аккумулятора и продолжительности стоянки аккумулятора без тока после заряда определяют температуру электролита внутри блока пластин аккумулятора, вычисляют установившуюся ЭДС и плотность электролита аккумулятора при 25^oC, после чего производят разряд аккумулятора, в процессе которого измеряют ток разряда, время разряда, температуру электролита, вычисляют отданную аккумулятором электрическую емкость, после окончания разряда и стоянки аккумулятора без тока в течение 3 - 4 ч измеряют его ЭДС, уровень и температуру электролита, вычисляют установившуюся ЭДС и плотность электролита аккумулятора при 25^oC, вычисляют массу израсходованной при разряде серной кислоты и образовавшейся воды, вычисляют интегральную плотность электролита после окончания разряда и стоянки аккумулятора без тока в течение 3 - 4 ч, приводят плотность электролита перед разрядом и интегральную плотность электролита после разряда и стоянки аккумулятора без тока в течение 3 - 4 ч к 20^oC, вычисляют массовый процент серной кислоты в электролите перед разрядом и по окончании разряда и стоянки аккумулятора без тока в течение 3 - 4 ч вычисляют массу электролита перед разрядом, приводят плотность электролита перед разрядом к 30^oC и вычисляют объем электролита перед разрядом при 30^oC, используя предварительно установленную зависимость приращения объема электролита в функции уровня электролита для данного типа аккумулятора, приводят полученный объем электролита перед разрядом при 30^oC к номинальному уровню электролита аккумулятора и этот объем фиксируют, в процессе эксплуатации аккумулятора периодически, например один раз в три месяца, проводят цикл, аналогичный указанному выше, и по такому же алгоритму вычисляют новый объем электролита аккумулятора перед разрядом при 30^oC и номинальном уровне электролита, а в качестве количественной оценки разбухания активной массы пластин аккумулятора используют отношение зафиксированного объема электролита при 30^oC и номинальном уровне электролита к этому новому объему электролита перед разрядом при 30^oC и номинальном уровне электролита, полученному в процессе эксплуатации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2