СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ЕМКОСТИ СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ЕМКОСТИ СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА


RU (11) 2242066 (13) C1

(51) 7 H01M10/42, G01R31/36 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

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

(21) Заявка: 2003112775/09 
(22) Дата подачи заявки: 2003.04.29 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.04.29 
(45) Опубликовано: 2004.12.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2120158 C1, 10.10.1998. RU 2182388 C1, 10.05.2002. US 5488284 A, 30.01.1996. DE 3227522 A1, 26.01.1984. 
(72) Автор(ы): Горбачев В.М. (RU); Дордий А.С. (RU); Еланцев И.А. (RU); Рудов Н.В. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) (RU) 
Адрес для переписки: 346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ГСП-1, ул. Просвещения, 132, ЮРГТУ (НПИ), ОИС 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ЕМКОСТИ СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА

Способ предназначен для определения остаточной емкости свинцового аккумулятора в любой момент его разряда по величине тока разряда, величине и скорости падения напряжения на аккумуляторе в процессе разряда. Способ основан на предварительном определении, на однотипном аккумуляторе, обобщенной безразмерной зависимости относительного напряжения на аккумуляторе от относительного времени разряда, используя которую, произведя в процессе разряда не менее трех измерений напряжения на аккумуляторе при неизменном токе, вычисляют время, оставшееся до конца разряда и остаточную емкость аккумулятора на текущий момент времени. Способ обеспечивает повышение точности. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока, и может быть использовано для контроля технического состояния, например, свинцовых аккумуляторов.

Известен способ определения степени заряженности аккумулятора (RU, патент 2110119 С1 Н 01 М 10/48, G 01 R 31/36, 1998.), заключающийся в том, что измеряют равновесную электродвижущую силу (эдс) аккумулятора на двух электродах, дополнительно вводимых в электролит. Кроме того, в электролит также вводят датчик температуры, измеряют температуру электролита, запоминают объем электролита, номинальную емкость аккумулятора, равновесную эдс полностью заряженного аккумулятора, с учетом которых рассчитывают степень заряженности аккумулятора, корректируя результат расчетов по температуре электролита.

Определение степени заряженности указанным способом требует создания и применения дополнительных технических средств: электродов, датчиков температуры, измерителей объема электролита. Поэтому усложняется устройство для осуществления этого способа.

Известен также способ определения остаточной емкости свинцового аккумулятора (СА) (RU, патент 2120158 С1, Н 01 М 10/42, G 01 R 31/36), заключающийся в том, что предварительно для соответствующего типа аккумулятора проводят циклы: полный заряд СА - разряд одним из основных применяемых режимов разряда (1-, 2-, 5-, 10-, 20-, 50-часовой) до конечного разрядного напряжения с охватом такими циклами всех перечисленных основных режимов разряда и устанавливают зависимости разрядного напряжения в каждом из этих режимов от отданной емкости, осуществляя в процессе разряда интегрирование тока в функции времени и измерение разрядного напряжения. Эти зависимости запоминают.

В процессе эксплуатации СА такого типа при его разряде осуществляют интегрирование тока разряда в функции времени и измерение разрядного напряжения и, используя предварительно полученную зависимость разрядного напряжения при установленном токе от разрядной емкости, определяют остаточную емкость СА в данном режиме разряда.

Периодически, когда по правилам эксплуатации таких СА проводят лечебный цикл, определяют разрядную емкость на текущий момент времени при разряде током 20-часового разряда и вычисляют поправочный коэффициент изменения отдаваемой емкости СА, равный отношению полученной в последнем лечебном цикле разрядной емкости к соответствующей разрядной емкости, полученной для данного типа СА на начальный момент эксплуатации и зафиксированный. При дальнейшей эксплуатации СА получаемые указанным выше способом значения остаточной емкости умножают на поправочный коэффициент.

Указанный способ определения остаточной емкости СА принят за прототип. Основным недостатком способа, принятого за прототип, является его низкая точность. Это обусловлено тем, что полная емкость СА и его разрядные характеристики (зависимость напряжения на аккумуляторе от разрядной емкости при различных токах разряда) изменяются с течением времени. Интегрирование тока по времени в период разряда и вычисление остаточной емкости как разности между полной и разрядной емкостью не дает необходимого уточнения, так как именно полная емкость СА изменяется с течением времени. Кроме того, от полной емкости можно отнимать разрядную емкость, если они относятся к одному и тому же неизменному току разряда. На практике же, в условиях эксплуатации СА разряжают чаще всего произвольно изменяющимся во времени током.

После лечебного цикла, согласно описываемому способу, определятся поправочный коэффициент и уточняется, таким образом, значение остаточной емкости. Однако, лечебные циклы проводят ориентировочно после полугода эксплуатации СА. За это время аккумулятор может уменьшить свою емкость до 30%. Лечебный цикл частично компенсирует это уменьшение емкости. Но непосредственно перед лечебным циклом погрешность определения остаточной емкости указанным способом может достигнуть 30%.

Изобретение направлено на повышение точности определения остаточной емкости свинцовых аккумуляторов в любой момент их разряда за счет того, что предварительно для соответствующего типа аккумулятора проводят циклы: полный заряд - разряд до конечного разрядного напряжения поочередно каждым из основных применяемых режимов разряда (1-, 2-, 5-, 10-, 20-, 50-часовой), в процессе которых осуществляют периодическое измерение напряжений на аккумуляторе, фиксируя при этом соответствующие моменты времени от начала разряда, т.е. устанавливают зависимости разрядного напряжения от времени при различных разрядных токах. Полученные зависимости переводят в безразмерный вид и получают единую для всех токов разряда обобщенную зависимость относительного напряжения на аккумуляторах от относительного времени, аппроксимируют ее экспоненциальной зависимостью, из которой получают формулы для расчета относительной постоянной времени экспоненты, коэффициента усиления экспоненты и расчетного значения относительного времени до конца разряда. Значения коэффициентов, входящих в эти формулы, запоминают.

В процессе эксплуатации свинцовых аккумуляторов такого типа при неизменном токе разряда производят периодическое измерение напряжений на аккумуляторе с одинаковыми интервалами времени и фиксируют соответствующие моменты времени, затем по величине тока разряда определяют конечное разрядное напряжение, начальное разрядное напряжение и время полного разряда, а по данным последовательных не менее трех измерений напряжений рассчитывают: 

- относительные значения напряжений;

- постоянную времени экспоненты;

- коэффициент усиления экспоненты;

- расчетное значение относительного времени до конца разряда; 

- остаточную емкость в каждый текущий момент времени.

Таким образом, согласно предлагаемому способу, остаточная емкость СА рассчитывается по полученным на основе экспоненциальной зависимости обобщенным безразмерным формулам, коэффициенты которых не зависят от тока разряда и других факторов (в том числе от “старения” СА), а только от относительных напряжений на аккумуляторе. Все изменения в характеристиках СА отражаются на реальной разрядной кривой. С помощью экспоненциальной зависимости и с учетом не только значений напряжений, но и кривизны разрядной кривой в данной точке, производится ее экстраполяция, в результате которой рассчитывается время до момента достижения конечного разрядного напряжения, при котором разряд прекращают. Точность определения остаточной емкости может быть повышена за счет увеличения интервалов между последовательными измерениями напряжений на аккумуляторах. 

Способ определения остаточной емкости свинцового аккумулятора по величине напряжения на его зажимах, установившегося при разряде неизменным током, состоит в том, что предварительно для соответствующего типа аккумулятора проводят циклы: полный заряд - разряд до конечного разрядного напряжения поочередно каждым из основных применяемых режимов разряда (1-, 2-, 5-, 10-, 20-, 50-часовой). В процессе разрядов осуществляют периодическое измерение напряжения на аккумуляторе Upai, фиксируя при этом соответствующие моменты времени от начала разряда pi заданным током разряда. Таким образом, устанавливают зависимость разрядного напряжения от времени.

Для каждого разрядного тока Iрj фиксируют значения:

U нpj - напряжения на аккумуляторе в начале процесса разряда, 

Uкpj - конечное разрядное напряжение,

пpj - время полного разряда,

и устанавливают зависимость этих величин от разрядного тока.

Значения U pai переводят в безразмерный вид, для чего вычисляют относительные значения напряжений по формуле Uoi=(U pai-Uкpj)/(Uнpj-Uкpj ), и соответствующие относительные значения времени измерения от начала разряда oi= pi/ пpj, затем вычисляют средние значения , относительных напряжений Uoi, соответствующих одинаковым значениям oi при различных разрядных токах Ipj. Полученную таким образом зависимость =f( oi) аппроксимируют уравнением вида

=Coe(1-exp(- окр/Тое),

где Сое - коэффициент усиления экспоненты;

окр=1- oi - относительное время от текущего момента до конца разряда;

Тoe - относительная постоянная времени экспоненты.

Для аппроксимации предварительно задаются линейной зависимостью Toe от относительного времени oi: Toei=а+bоi , затем вычисляют для каждой i-й точки значения Coei по формуле

Сoei=[ - ·exp(( oi-3- oi+3)/Toei)]/[1-exp(( oi-3- oi+3)/Toei)]

и расчетные значения относительного времени до конца разряд

pkpi=-Ln(1- /Coei)·Toei,

которые сравнивают с фактическими значениями времени до конца разряда фкрi. Если расхождения между pкрi и фкрi превысят допустимые значения, то подбирают значения коэффициентов а и b в формуле Toei=а+boi таким образом, чтобы уменьшить эти расхождения. После этого ставят в зависимость полученные значения Toei от средних относительных напряжений и аппроксимируют (например, по методу наименьших квадратов) эту зависимость уравнением вида

Toei=a2 · 2+a1· +a0.

Полученные значения коэффициентов a 2, a1, а0 запоминают.

В процессе эксплуатации свинцовых аккумуляторов такого типа при неизменном токе разряда Ipj=const производят периодическое измерение напряжений на аккумуляторе Upai с одинаковыми интервалами времени и фиксируют соответствующие моменты времени i, затем по величине тока разряда определяют U кpj, Uнpj, пpj - конечное разрядное напряжение, начальное разрядное напряжение и время полного разряда, а по данным последовательных не менее трех измерений рассчитывают:

относительные значения напряжений по формуле

Uoi=(Upai-U кpj)/(Uнpj-Uкpj);

постоянную времени экспоненты по формуле

Toei=a2 ·U2oi+a1·Uoi+a 0;

коэффициент усиления экспоненты по формуле

Coei=[Uoi-1-Uoi+1·ехр(( i-1- i+1)/ пpj/Toei)]/[1-exp(( i-1- i+1)/ пpj/Toei)];

расчетное значение относительного времени до конца разряд

ркрi=-Ln(1-Cei/Uoi)·Toei ;

остаточную емкость в каждый текущий момент времени 

Сост=Ipj· ркрi· пpj.

Таким образом, согласно предлагаемому способу, для расчета остаточной емкости СА не требуется производить интегрирование разрядного тока по времени, или вводить корректировку результатов расчета по результатам проведения лечебного цикла. Расчет выполняется по полученным при предварительных испытаниях на основе экспоненциальной зависимости обобщенным безразмерным формулам, коэффициенты которых не зависят от тока разряда и других факторов (в том числе от “старения” СА), а только от относительных напряжений на аккумуляторе. Любые изменения свойств СА, произошедшие, например, из-за “старения”, отражаются прежде всего на разрядной кривой. С помощью экспоненциальной зависимости и с учетом не только значений напряжений, но и кривизны реальной разрядной кривой в данной точке, производится ее экстраполяция, в результате которой рассчитывается время до момента достижения конечного разрядного напряжения, т.е. до полного разряда СА. Точность определения остаточной емкости может быть повышена за счет увеличения интервалов между последовательными измерениями напряжений на аккумуляторах.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ определения остаточной емкости свинцового аккумулятора по величине напряжения на его зажимах, установившегося при разряде неизменным током, заключающийся в том, что предварительно для соответствующего типа аккумулятора проводят циклы: полный заряд - разряд до конечного разрядного напряжения поочередно каждым из основных применяемых режимов разряда (1-, 2-, 5-, 10-, 20-, 50-часовой), осуществляя в процессе разрядов периодическое измерение напряжения Upai на аккумуляторе, фиксируя при этом соответствующие моменты времени от начала разряда рi заданным током, устанавливая таким образом зависимость разрядного напряжения от времени, отличающийся тем, что для каждого разрядного тока Ipj фиксируют значения Uнpj - напряжение на аккумуляторе в начале процесса разряда, U кpj - конечное разрядное напряжение, пpj - время полного разряда, и устанавливают зависимость этих величин от разрядного тока Ipj, вычисляют для каждого значения Upai его относительное значение по формуле

Uoi=(Upai-Uкpj )/(Uнpj-Uкpj)

и соответствующее относительное время измерения от начала разряда оi= рi/ пpj, затем вычисляют средние значения относительных напряжений Uoi, соответствующих одинаковым значениям oi при различных разрядных токах Ipj, полученную таким образом зависимость =f( oi) аппроксимируют уравнением вида

=Сое(1-ехр(- окр/Toe),

где Сое - коэффициент усиления экспоненты;

окр=1- oi - относительное время от текущего момента до конца разряда;

Toe - относительная постоянная времени экспоненты,

для чего предварительно задаются линейной зависимостью Toe от относительного времени oi: Toei=а+b оi, затем вычисляют для каждой i-й точки значения

Сoei=[ - ·exp(( oi-3- oi+3)/Toei)]/[1-exp(( oi-3- oi+3)/Toei)]

и расчетные значения относительного времени до конца разряда

pкpi=-Ln(1- /Coei)·Toei,

которые сравнивают с фактическими значениями времени до конца разряда фкрi и подбирают значения коэффициентов а и b в формуле Toei=а+b оi таким образом, чтобы расхождения между ркрi и фкрi не превышали допустимых значений, после чего ставят в зависимость полученные значения Toei от средних относительных напряжений , аппроксимируют эту зависимость уравнением вида Toei =a2· 2+a1· +a0 и запоминают полученные значения коэффициентов a2, a1, а0, а в процессе эксплуатации свинцовых аккумуляторов такого типа при неизменном токе разряда Ipj=const производят периодическое измерение напряжения на аккумуляторе Upai с равными интервалами времени и фиксируют соответствующие моменты времени i, затем по величине тока разряда определяют U крj - конечное разрядное напряжение, Uнpj - начальное разрядное напряжение и пpj - время полного разряда, а по данным последовательных не менее трех измерений рассчитывают относительные значения напряжений по формуле Uoi=(Upai-Uкpj)/(U нpj-Uкpj), после чего для каждого I-го текущего момента времени рассчитывают постоянную времени экспоненты по формуле

Toei=a2·U2 oi+a1·Uoi+a0,

коэффициент усиления экспоненты по формуле

Сoei=[ - ·exp(( i-1- i+1)/ пpj/Toei)]/[1-exp(( i-1- i+1)/ пpj]/Toei)],

расчетное значение относительного времени до конца разряда

ркрi=-Ln(1-Uoi/Cei)·Toei 

и остаточную емкость по формуле Сосmi =Ipj· ркрi· пpj.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru