СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗБУХАНИЯ АКТИВНОЙ МАССЫ ПЛАСТИН СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗБУХАНИЯ АКТИВНОЙ МАССЫ ПЛАСТИН СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА 


RU (11) 2138101 (13) C1

(51) 6 H01M10/42 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 98106647/09 
(22) Дата подачи заявки: 1998.04.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.04.10 
(45) Опубликовано: 1999.09.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Болотовский В.И. и др. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов. - Л.: Энергоатомиздат, 1988, с. 26 - 27. RU 2050645 C1, 20.12.95. SU 1783479, 23.12.92. US 4342954 A, 03.08.82. 
(71) Заявитель(и): Маслаков Михаил Дмитриевич 
(72) Автор(ы): Маслаков М.Д. 
(73) Патентообладатель(и): Маслаков Михаил Дмитриевич 
Адрес для переписки: 195298, Санкт-Петербург, пр.Косыгина 31, корп.2, кв.78, Маслакову М.Д. 

(54) 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 30oС 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. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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 25oC и плотность электролита при 25oC 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 25oC, 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 20oC 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 30oC, используя данные табл. 2, и вычисляют объем электролита перед разрядом при 30oC 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 30oC 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 30oC и номинальном уровне электролита, а в качестве количественной оценки разбухания активной массы пластин СА используют отношение зафиксированного объема электролита при 30oC и номинальном уровне электролита к этому новому объему электролита перед разрядом при 30oC 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 25oC по формуле [2]



где Е - измеренная ЭДС СА, В;

Eо = 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 1oC (для СА с номинальной плотностью электролита выше 1,300 г/см3 равен 0,9979).

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



где Cр - отданная при разряде СА электрическая емкость, А-ч;

tр - время разряда, ч;

Iр - 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 25oC по формуле (1) и определяют плотность электролита при 25oC интерполяцией данных табл. 1, вычисляют массу израсходованной при разряде серной кислоты по формуле

M1 = 0,00366 Cр, (3)

где M1 - масса израсходованной при разряде серной кислоты, кг; и вычисляют массу образовавшейся при разряде воды по формуле

М2 = 0,000672 Cр, (4)

где М2 - масса образовавшейся при разряде воды, кг;

Cр - 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 25oC 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 25oC 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 20oC 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 Мн - 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 20oC после окончания разряда и стоянки СА без тока в течение 3-4 ч;

Pн - массовый процент серной кислоты в электролите перед разрядом,

приводят плотность электролита перед разрядом к 30oC, используя данные табл.2, и вычисляют объем электролита перед разрядом по формуле



где объем электролита перед разрядом при 30oC, л;

Мн - масса электролита перед разрядом, кг;

плотность электролита перед разрядом при 30oC, 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 30oC 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 30oC и номинальном уровне электролита, а в качестве количественной оценки разбухания активной массы пластин СА используют отношение зафиксированного объема электролита при 30oC и номинальном уровне к этому новому объему электролита перед разрядом при 30oC, 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 25oC, 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 25oC, 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 20oC, 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 30oC и вычисляют объем электролита перед разрядом при 30oC, используя предварительно установленную зависимость приращения объема электролита в функции уровня электролита для данного типа аккумулятора, приводят полученный объем электролита перед разрядом при 30oC 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 30oC и номинальном уровне электролита, а в качестве количественной оценки разбухания активной массы пластин аккумулятора используют отношение зафиксированного объема электролита при 30oC и номинальном уровне электролита к этому новому объему электролита перед разрядом при 30oC и номинальном уровне электролита, полученному в процессе эксплуатации.