Способ определения работоспособностиникель-кадмиевой аккумуляторнойбатареи

ОП ИСАНИЕ,853715

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Совете кик

Социал истическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 27. 07. 79 (21) 2805198/24-07 с присоединением заявки М

Э (51) М. Кл.

Н 01 М 10/42 (23 } П риоритет пшяеретееиный кемитет!

Опубликовано 07.08.81. Бюллетень М 29 (53) УДК 621 355. . 1 (088.8) ве делам изобретений н открытий

Дата опубликования описания 1 7 .08. 81

М\ (72) Автор изобретения

Н.Я.Пинигин (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

НИКЕЛЬ-КАДМИЕВОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Изобретение 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 свойствои аккумуляторной батареи (АБ) в BBToHQMQQA системе электроснабжения (СЭС) является способность аккумулировать электроэнергию в периоды ее избытка и передавать потребителям во время ее недостатка при определенном напряжении. Поскольку работоспособ. ность С3С как целого зависит от работоспособности AS как части, в процессе эксплуатации существует необходимость в систематическом определении работоспособности АБ.

Известен способ определения работоспособности АБ через определение ее степени заряженности с помощью счетчика ампер-часов, который обеспечивает измерение тока через АБ и его интегрирование. При этом предполагается, что на протяжении некоторого промежутка времени, называ5 емого гарантированным ресурсом, характеристики АБ изменяются не существенно и тогда имеется воэможность утверждать, что количество электричества, сообщенное АБ при заряде, равно количеству электричества, полученному от нее при разряде, и что конечное напряжение при заряде и разряде не будет превышать допустимой величины (1).

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

Дальнейшее совершенствование автономных СЭС связано с увеличением

8537 эффективности их использования, с повышением удельных характеристин 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 ,обеспечили бы эксплуатацию не только в течение некоторого гарантирован- lo ного ресурса, но в несколько раз больmего срока безуменьшения надежности.

Известен способ определения еос-. таяния AS по разрядным характеристикам, которые представляются в виде 15 аналитических выражений, коэффициенты которых могут бить определены свой ствами аккумуляторов и найдены из разрядных характеристик, .снятых опытным путем (2). 20

Способ включает также процессы измерения тока и напряжения. .Однако известные аналитические выражения разрядных характеристик ха» рактеризуют только процесс разряда, 25 процесс заряда. они не описывают. Для получения изначальной информации об АБ для уточнения этих выражений понадобилась бы остановка работающей

СЭС, проведение тестового заряда и 30 разряда, а уж после этого стало бы возможным прогнозирование работоспособности AS при разрядах с точностью

10-15Х.

11елью изобретения является увеличе- З5 ние точности определения работоспособ,ности никель-кадмиевой АБ в процессе эксплуатации без нарушения электроснабжения потребителей.

Это достигается следующим обраэом3 40 во время заряда илн разряда AS производят измерение тока через AS и напряжение на ее клеммах, после чего включают систему, обеспечивающую стабилизацию тока через АБ, и снова 45 измеряют ток и напряжение батареи через определенные промежутки времени производят измерение напряжения на батарее до тех пор, пока оно не достигнет некоторой установившейся ве- 50 личины 1 О по результатам -измерений производят определение параметров динамической модели никель-кадмиевой батареи, которая имеет вид

55 ф — напряжение на батарее в области комплексного переменного S;

Е (S) — номинальное напряжение батареи в области комплексного переменного S;

К,1 - коэффициент передачи у упругого апериодического звена, В/А;

T — постоянная времени диффе4 ренцирующего звена, с;

T — постоянная времени апериодического звена, с;

К - коэффициент передачи ин-. тегрирующего звена тре-: тьего порядка, В/А; (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

15 где 1 (5) где U> — напряжение на АБ при заряде;

i> - ток заряда АБ, А;

Ео — номинальное напряжение батареи для одного аккумулятора типа КНГК-90СА 1,29545 В;

t — текущее время, с;

U — напряжение на АБ при разряде э В3 — ток разряда АБ, А; е - основание натурального логарифма.

На фиг. I представлен. вариант схемы для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 - кривая зависимости U f{t) батареи.

В СЗС (фиг. I) аккумуляторная батарея 1 заряжается от генератора 2 и разряжается на потребители 3. Коммутатором 4 включается система стабилизации тока через AS которая состоит из измерительного элемента 5 и исполнительного элемента б. Напряжение на

АБ измеряется с помощью измерителя

7, а ток через АБ - с помощью измеpHTBJtR 8 °

В определенный момент времени t4 ,(фиг. 2) производят измерение напряжения на АБ, а также ток через АБ, Т2=1 2-,, постоянная времени дифференцирующего звена определяется по формуле

U,-u> т =т

4 2 Ол-Ui где U — напряжение на АБ сразу же

3 после включения системы стабилизации тока через AS

"< 1кр 1к - 1д.

К2 Э где U — конечное разрядное напряжеКР ние АБ при токе стабилизации1

U - конечное зарядное напряжение на АБ lspH токе стабилизации;

tp ) i 3 — разрядный и зарядный токи в режиме стабилизации.

Адекватность динамической модели оригиналу проверяется на АБ из 22 аккумуляторов типа КНГК-90СА. Расхождение расчетных опытных характеристик при нормальной температуре окружающей среды не превышает 1,5Х.

Семейство зарядно-разрядных харак.теристик, полученнык с помощью предложенной методики, дает исчерпывающую информацию о работоспособности

45

5 8537 коммутатором 4 включают систему стабилизации тока через АБ: элементы

5 и 6, после чего снова измеряют напряжение и ток. Далее через определенные промежутки времени производят измерение напряжения до тех пор, пока оно не достигнет некоторой установившейся величины. По результатам измерений строят эпюру напряжения (фиг. 2).

Параметры динамической модели определяются следующим образом

Vq-Ug

К = " As где U «напряжение на АБ до включе- 15 ния системы стабилизации тока; о — напряжение на АБ в установив2 шемся режиме после включения системы стабилизации тока; 20

А|А - приращение тока после включения системы стабилизации.

Постоянная времени апериодического о звена определяется из эпюры напряжения (фиг. 2) как t5

15 6 никель-кадмиевой аккумуляторной батареи и позволяет прогнозирование ее проведения при различных режимах эксплуатации.

Формула изобретения

Способ определения работоспособности никель-кадмиевой аккумуляторной батареи, включающий измерение тока и напряжения, о т л и ч а— ю шийся 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 н напряжение до момента достижения им установившегося значения, по результатам измерения определяют параметры динамической модели и производят оценку работо" способности по семейству зарядноразрядных характеристик, получаемых из динамической модели по формулам

" ßk,t (-"- )е )Фк - е ; .

" ="ъ "« Р Р (тт,-") "1 к,й, где 0 — зарядное напряжение на ба3 тарее, В;

1 — зарядный ток батареи, А;

Š— номинальное напряжение бао тареи, В; .

- текущее время, c

К вЂ” коэффициент передачи упру1 гого апериодического звена

В/А;

К - коэффициент передачи инте2 грирующего звена третьего порядке, В/А; е - основание натурального логарифма;

U> - разрядное напряжение на батарее, В;

1p — разрядный ток батареи, А.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 506808, кл. G Oi R 11/34, 1973.

2. Романов В.В. и др. Химические источники тока. — М., Советское радио, 1968, с. 25 (прототип).

8537) 5

Составитель И.Найднна

Редактор Т.Загребельная Техред Т, Маточка

Корректор А.Гриценко

Подписное

Филиал ППП Патент, г. огород, ул. Проектная, Заказ 56 6 29 Тирак 784

ВНИЗШИ Государственного комитета СССР по делан изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5