Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора

 

Использование:- способ преднлз:ычен для определения плотности зле трипита свинцового аккумулятора. Сущность изобретения: о период стоянки аккумулятора плотность электролита определяют по его установившейся ЭДС. В процессе разряда аккумулятора плотность электролита определяют по отданной им емкости и предварительно установленным коэффициентам пропорциональности между приращением емкости и приращением плотности электролита для различных токов разряда. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕтскИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5П5 Н 01 М 10/42 10/Ы

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

d = Š— 0,84(г/см ) (12 (21) 4879696/07 (22) 10.07.90 (46) 30.08.92. Бюл, М 32 (72) IO.Ï, Найденко, М.Д. Маслаков, Ю.В. Скачков и Ю.В. Малахов (56) Притулюк В,А. Химические источники тока в авиации, M.; Воениздат, 1979, с. 28—

39. в

Дасоян Т.A. Химические источники тока, Л.: Энергия, 1967, с. 83. краткий справочник химика /Под ред, В.И, Перельмана, M,: ГНТИ химическойлитры, 1963, с. 405.

Багоцкий В.С„Скундин А.M. Химические источники тока. M.: Энергоиздат, 1981, с, 172.

Устинов П.И. Стационарные аккумуляторные установки. M.: Энергия, 1970, с. 30.

Изобретение относится к области техники измерений, конкретно к способам измерения плотности электролита свинцовых аккумуляторов (СА).

Известен способ определения плотности электролита CA с помощью ареометра.

Недостатками данного способа являются:

- невысокая достоверность измерений, так как значения плотности электролита в верхней части бака СА, откуда берут некоторое количество электролита для осуществления измерений, могут отличаться от значений плотности электролита, находящегося внутри бака СА, например в блоке пластин, на Н),05 г/см, в то время как для

3 практики требуется оценивать интеграль(19(QJ (II> 1 7587 (3 (54) С П О СО Ь О П Р ЕД ЕЛ Е Н И Л l 1!1.,) i! l,.

ЭЛЕКТРОЛИТА СВИНЦОВО! . ) ."АККУ(:.1. . 1 (ТОРА (57) Использование:- способ предназначен для определения плотност,1 электр лита свинцового аккумулятора. Сущность изобретения: а период стоянки аккумулятора плотнос(ь электролита определяют Itc ег0 установившейся ЭДС. В процессе разряда аккумулятора плотность электролита определяют по отданной им емкости и предварительно установленным коэффициентам пропорциональности между приращением емкости и приращением плотности электролита для различных токов разряда. 3 ил. ную плотность электролита с погрешностью не более +0,005 г/см;

- высокая трудоемкость, так как измерения осуществляют вручную в большом количестве. СА (общее число элементов СА до 120 шт.).

Известен также способ определения плотности электролита при стоянке СА без тока путем измерения устайовившегося значения ЭДС Е аккумулятора и определения плотности d электролита при 15 С по формуле

Однако этот способ не позволяет определять плотность электролита СА в процессе разряда, так как при разряде невозможно

1758715

20 ду которыми находится указанный ток

d = Е + 0,00136(15 — i) — 0,84, (2) \ где d — плотность электролита при 15 С;

Š— измеренная установившаяся ЭДС при т С„

t — измерен ная xe nepa rypa эл ектролита СА, С, по которой определяют начальное значение плотности электрояита для каждого из и характерных режима ;

При разряде СА каждом характерным режимом разряда измерщот температуру электролита, так разряда, продолжительность разряда, разрядное напряжение и па достижении напряжением конечного разрядного значения прекращают разряд, вычисляют отданную аккумулятором емкость, определяют установившуюся ЭДС и температуру эЛектролита и по формуле (2) определяют конечное значение плотности электролита, приращение плотнастй в ка>кдом характерном режиме разряда, вычисляют отношение отданной СА емкости к 45 1 + „ т, t2 1 < 1,Я1 2 приращению плотности для каждого характерного режима разряда. Эти отношения запоминают, периодически по мере израсходования ресурса СА уточняют путем повторного выполнения изложенной 50 процедуры, а в процессе эксплуатации СА перед разрядом определяют установившуюся ЭДС, аккумулятора и температуру электролита и по формуле (2) определяют начальное значение плотности злектрали- 55 та, при разряде измеряют температуру электролита, так разряда, продолжительность разряда, вычисляют отданную аккумулятором емкость, а плотность электролита вычисляют по формуле: го напряжения. при этом до начала разряда где d 2 — плотность электролита при температуре т2; о11 — плотность электролита при температурЕ t1;

a — температурная поправка плотности.

Для определения плотности электролита в процессе разряда СА перед включением аккумулятора в эксплуатацию проводят его разряд, например, пятью характерными для эксплуатации режимами разряда (1=, 5=.

10=, 20= и 50=часовым) от полностью заряженного состояния до конечного разрядноизмерять ЭДС, в то же время контроль плотности электролита СА при разряде необходим, так как он позволяет оценивать состояние СА в процессе разряда, его остаточную емкость и выбрать оптимальный режим разряда.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей способа за счет измерения плотности электролита СА в процессе разряда, помимо измерения плотности электролита при стоянке СА без така, Указанная. цель достигается тем, что предварительно проводят разряд СА от полностью заряженного состояния до конечного разрядного напряжения каждым из и характерных для эксплуатации режимов разряда, при этом перед включением аккумулятора на разряд определяют его установившуюся ЭДС и температуру электролита и, используя известную зависимость ЭДС от температуры электролита СА и формулу (1), получают следующую зависимость: о= 4 — Z —, . (3)

Сл

К где дн — плотность электролита перед разрядом СА при 15 С;

d — текущая плотность электролита в процессе разряда при 15 C, Cpi — емкость, отданная аккумулятором

s i-м режиме разряда;

К вЂ” отношение отданной аккумулятором емкости при разряде от полностью заряженного состояния до конечного напряжения к приращению плотности электролита, полученное предварительно для iro характерного режима разряда; в случае разряда аккумулятора в процессе эксплуатации током, отличным от того, для которого известно отношение Кь в формулу (3) подставляют отношение К, которое пол1 учают интерполированием значений К1, соответствующих ближайшим по величине токам характерных режимов разряда, межНа фиг. 1 и 2 представлены схемы, поясняющие способ; на фиг. 3 — структурная схема устройства, реализующего предложенныйый способ.

На фиг. 1 представлен алгоритм определения отношенний К для СА; на фиг. 2—

a!ll oðèTì определения плотности электро30 лита СА.

Для определения плотности электролита предложенным способом при стоянке

СА без тока измеряют температуру электролита, например, с помощью термопреабразователя сопротивления, определяют установившуюся ЭДС. Е аккумулятора с использованием, например, высокоточного цифровога вольтметра и по формуле {2) определяют плотность электролита при 15 С, при необходимости пересчет полученного значения плотности при температуре 15 С нэ другую температуру осуществляют по известной формуле

1758715

5, 10

Ср= !р 1р, (8) (5) Ср = !р! тр., (9) Сд

«!н dki (6) где dH — плотность электролита перед включением аккумулятора на разряд при +15 С, определяемая, как указано выше;

Cpi — емкость, отданная аккумулятором при разряде характерными режимами;

35 К вЂ” отношения (6), полученные для характерных режимов разряда;

„), Cpi — емкость, отданная аккумулято-! ром режимами разряда, отличными от ха40 рактерных;

К! — отношения, полученные интерполяцией зависимости Ki = 1(!р1) для режимов разряда, отличных от характерных.

Пересчет плотности электролита на

hd WC

К (7) 50

55 каждым из i = 1, 2;...5 характерных режимов измеряют температуру электролита t, например, с помощью термопреабразователя сопротивления, определяют установившуются начальную ЭДС Ei c использованием, например, высокоточного цифрового вольтметра и по формуле (2) определяют начальную плотность электролита dHi при 15ОC. Разряд ведут постоянным током lpi = const, измеряя продолжительность ср1 разряда, до конечного разрядного напряжения, после чего отключают нагрузку {ток), вычисляют отданную аккумулятором емкость Ср; по формуле и дают аккумулятору постоять без тока 1,5—

2,0ч, чтобы его ЭДС приняла установившееся значение, затем, как указано выше, опять измеряют температуру электролита 1, определяют установившуются ЭДС Е и по формуле {2) определяют плотность электролита после окончания разряда бц при 15 С, вычисляют и запоминают отношения где Ср! — емкость, отданная аккумулятором в i-м характерном режиме разряда;

0нь dpi — начальное и конечное значения плотности электролита аккумулятора в !-м характерном режиме разряда при 15 С.

Известно, что снижение концентрации (плотности) электролита СА при разряде однозначно связано с количеством протекшего электричества, т. е, с отданной емкостью при разряде; так как каждому ампер-часу количества электричества, отданному при разряде, соответствует расход 3,660 г серной кислоты. и образование 0,672 г воды.

Следовательно, приращение плотности электролита при разряде М можно определить по формуле где Cp — отданная аккумулятором емкость при разряде:

К вЂ” коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение плотности электролита CA при изменении отданной им емкости, Практика показывает, что коэффициент

К в формуле (7) зависит от величины тока

25 разряда, поэтому отношения (6) определяют для каждого характерного тока разряда !Р, Для определения плотности электролита в процессе разряда СА измеряют величину тока разряда, например, с помощью амперметра и шунта, включенного во внешнюю цепь аккумулятора, измеряют продолжительность разряда tp при токе Ip, вычисляют отданную аккумулятором емкость по формуле проверяют выполнение условия Ip =- lpi, т, е. соответствие режима разряда характерному режиму, для которого известно отношение (6). Если условие Ip = Ipi не выполняется, то интерполированием зависимости Ki = f(lpi), например линейным, определяют отношение К для этого режима.

Вычисление текущей плотности d электролита СА при 15 С с учетом возможного разряда характерными и любыми другими режимами разряда производят по формуле

d = dн - Х - .- - Х вЂ” Б..

К KI текущую температуру производят по формуле {4).

Отношения (6) периодически, например раз в полгода, проверяют и корректируют, учитывая то обстоятельство, что параметры аккумулятора с течением срока эксплуатации изменяются. Для этого определяют отношение (6) для одного из характерных режимов, как указано выше (фиг. 1), и сравнивают его со значением отношения для этого же режима, которое было определено ранее. Если новое значение отношения отличается от. прежнего, например, более чем на 1.0, то либо пропорционально изменяют все.ранее определенные отношения (6), 1758715 либо проводят определение отношение (60 для характерных режимов с наибольшим и наименьшим токами разряда, как указано выше. а для остальных характерных режимов разряда значения отношений (6) получают интерполяцией. либо, если позволяет обстановка, определяют отношения (6) для всех характерных режимов разряда, как указано выше (фиг. 1).

Структурная схема устройства, реализующего способ, приведена на фиг. 3.

Устройство состоит из входных клемм 1 коммутатора (К) 2, входы которого подключают к клеммам "+и каждого из ста двадцати элементов аккумуляторной батареи (АБ), к датчику температуры электролита, который устанавливают в каждом элементе АБ, первый выход К2 через дешифратор (LU) 3 и модуль гальванической развязки (МГР)4 подключают к первому входу интерфейсного блока (ИБ)5 вычислительного устройства (BY) 6, снабженного клавиатурой 7, средствами 8 и 9 индикации регистрации, управляющий вход К2 через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10 и МГР 11 подключают к второму входу ИБ 5, а к третьему входу ИБ 5 через операционный усилитель (ОУ) 12 с тремя масштабирующими резисторами Р1, Р2, Р3, АЦП 13 и

MPP 14 подключают измерительные клеммы измерительного шунта (NLLI) 15, включенного последовательно с АБ, при этом нэ третий вход 0У 12 подают управляющий сигнал через М(P 16 с первого выхода ИБ 5, а питание элементов устройства осуществляют от блока питания (БП) 17,Устройство, реализующее предложенный способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора, работает следующим образом.

При подаче на устройство от БР 17 с помощью клавиатуры 7, вводя в BY 6 предварительно полученные отношения К, которые определяют по формуле (6), измеряют напряжение (ЭДС) каждого элемента АБ при токе разряда ((= О, для чего АБ должна быть в исходном положении отключена от нагрузки, путем съема сигналов с клемм "+" и "-" каждбго элемента АБ, измеряют температуру электролита в каждом элементе АБ путем сьемэ выходных сигналов датчиков температуры. Сигналы с клемм "+" и "—" элементов ИБ и выходные сигналы датчиков температуры через К2 подают нэ АЦП 10 для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код и передачи через МГР 11 и ИБ

5 в BY 6 для запоминания и последующей обработки, при этом BY 6 через ИБ 5, МГР

4 и Д K 3 выдает упрэвля ощие сигналы на

К2 для подключения вснп ветс1вуfcUINx изме5

50 рительных каналов, По измеренным значениям напряжения при lp = 0 BY 6 в соответствии с алгоритмом (фиг. 2) определяет исходные значения плотности электролита каждого элемента АБ. После включения AE нэ разряд измеряют текущее значение тока разряда lpga АБ, для чего сигнал падения напряжения на ИШ 15 подают на первый и второй входы ОУ 12, в котором осуществляют усиление и масштабирование сигнала на трех масштабирующих резисторах Р1, Р2, РЗ для обеспечения высокой точности измерения тока Ip при его изменении в рабочем диапазоне от Ipmln до Ipmax которому соответствует изменение падения напряжения на ИШ 15 от О до 100 мВ, при этом выход ОУ

12 подключают к АЦП 13 для преобразования аналогового сигнала в цифровой код и передачи через МГР 14 и ИБ 5 в BY 6 для запоминания и последующей обработки в соответствии с алгоритмом (фиг. 2). при этом

BY 6 через первый выход ИБ 5 и МГР 16 выдает управляющие сигналы на третий вход ОУ 12 для выбора нужного диапазона измерения по результатам предыдущего измерения, причем после достижения определенного времени решения, например 5 с, результаты прямых измерений напряжения (ЭДС) температуры электролита, тока lp АБ, результаты косвенных измерений емкости

АБ, плотности электролита d; элементов АБ по алгоритму (фиг. 2) отобрэ>каются на средствах 8 индикации и 9 регистрации, Формула изобретения

Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора путем измерения установившегося значения ЭДС и вычисления плотности электролита по формуле d = Š— 0,84, где d — плотность электролита при 15 С, Š— установившееся значение

ЗДС, свинцового аккумулятора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, предварительно производят разряд свинцового аккумулятора от полностью заряженного состояния до конечного разрядного напряжения каждым из и характерных для эксплуатации режимов разряда, при этом перед включением аккумулятора на разряд определяют его установившуются ЭДС и температуру электролита и определяют начальное значение плотности электролита аккумулятора при 15 С по формуле d = Е + 0,00136(15 — t) — 0,84, при разряде свинцового аккумулятора каждым характерным режимом измеряют в процессе разряда температуру электролита, ток разряда и продол>кительность разряда, вычисляют отданную аккумулятором емкость, 1758715

Со) СЕ

Kf l Kl

Пересчет э д с Екс на температуру +25 С с попов(ью температурного ко эф1ициента (л.З, с.83) Измерение злектроли

Определение конечной плотности электролита к при +25 С по зависимости!

Е= j(4) (л.4,с.I7I) Вычисление и запщюинани отношения)(с чс

i7u c - Р ы нет определяют установившуются ЭДС и температуру электролита и, используя укаэанную выше зависимость, определяют конечное значение плотности электролита при 15 С, затем вычисляют приращение плотности в 5 каждом режиме разряда, вычисляют отношение отданной аккумулятором емкости к соответствующему приращению плотности для каждого характерного режима разряда, эти отношения запоминают, периодически 10 по мере израсходования ресурса аккумулятора уточняют путем повторного выполнения изложенной процедуры, а в процессе эксплуатации свинцового аккумулятора перед разрядом определяют его установившу- 15 юся ЭДС и температуру электролита и, используя приведенную выше зависимость, определяют начальное значение плотности электролита, при разряде измеряют температуру электролита, ток разряда и продол- 20 жительность разряда, вычисляют отданную аккумулятором емкость, а плотность электролита вычисляют по формуле

Определение начальной установившейс э.д.с. СА Ен при Енс до началараз

Пересчет з.д.с. Ень на температуру

+25 С с помощью температурного козф= фпщента з .д.с. (л.з, с.И) Определение начальной плотности элек тролита и нс пои +25 С по зависимое ти Е = f (d ) ™(л.4, с.(71) лючение тока разряда с --го характе(иого режима lpga = соля .змерение тока разряда Ipq и продолжительности разряда g pt

ычисление отданной СА емкости Cpt =

Ipi t pt змерение разрядного напряжения роверка выполнения условия pt4 к где 1 рк - конечное разрядное напря жение t -го режима

Выключение тока разряда IpL мерение температуры электролита СА

Определение установившейся з.д.с. пос ле выключения разряла Ек! при темп ратуре 8 к! где бн — плотность электролита перед разрядом при 15 С;

d — текущая плотность электролита в процессе разряда при 15 С:

Ср — емкость, отданная аккумулятором в l-м характерном режиме разряда;

Ki — отношение отданной аккумулятором емкости при разряде от полностью заряженного состояния до конечного разрядного напряжения к приращению плотности электролита, полученное предварительно для l-го характерного режима разряда;

Cpl — емкость, отданнаЯ аккУмУлЯтором в j-м режиме, отличном от характерного;

Kl — отношение, полученное для )-го режима, отличного от характерного, интерполяцией зависимости К) = f(lp<);

lpga — постоянный ток, lpga = сопзт.

1758715 змерение температуры электролита СА о на

Определение установившейся э.д.с. СА

Е при температуре 8 до начала разр а

Пересчет Е на температуру +25OC с помощью температурного коэффициента э.д. (л.З с.83)

Определение плотности электролита СА 0 до начала азряда при +25оС по зависимости Е = (d ) (л.4, с.IVI)

Проверка условия Ip = О нет

Фиг.2

Составитель В.Розанов

Редактор Л,Веселовская Техред М.Моргентал Корректор С.Юско

Заказ 3004 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва„Ж-35, Раушская наб.. 4/У

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101