Способ оценки технического состояния и отбраковки аккумуляторов в аккумуляторных батареях



Способ оценки технического состояния и отбраковки аккумуляторов в аккумуляторных батареях
Способ оценки технического состояния и отбраковки аккумуляторов в аккумуляторных батареях
Способ оценки технического состояния и отбраковки аккумуляторов в аккумуляторных батареях
Способ оценки технического состояния и отбраковки аккумуляторов в аккумуляторных батареях
Способ оценки технического состояния и отбраковки аккумуляторов в аккумуляторных батареях
Способ оценки технического состояния и отбраковки аккумуляторов в аккумуляторных батареях
Способ оценки технического состояния и отбраковки аккумуляторов в аккумуляторных батареях

 


Владельцы патента RU 2466418:

Городилов Сергей Васильевич (RU)

Изобретение относится к электротехнике, в частности к контролю технического состояния аккумуляторной батареи (АБ) в процессе эксплуатации. Технический результат: осуществление непрерывного контроля технического состояния и отбраковки аккумуляторов во всех режимах эксплуатации АБ и системы питания в целом, не выводя систему электропитания и АБ из эксплуатации. Сущность: к аккумуляторной батарее и составляющим ее аккумуляторам подключают измерительные приборы для измерения напряжения. В процессе эксплуатации аккумуляторной батареи квазинепрерывно, с постоянным временным интервалом дискретизации, измеряют напряжения на каждом аккумуляторе и аккумуляторной батарее в целом. Фиксируют измеренные значения с обеспечением возможности сохранения и накапливания результатов измерений в течение срока эксплуатации каждого аккумулятора. По измеренным значениям напряжения за период измерений, составляющий более одного интервала дискретизации, вычисляют безразмерный коэффициент состояния аккумулятора, являющийся показателем отношения энергии, отданной аккумулятором за период измерений, к величине энергии, соответствующей среднему значению энергии, отданной аккумуляторами в аккумуляторной батарее, за период измерений. Оценку технического состояния аккумуляторов и отбраковку неисправных осуществляют по величине отклонения значения безразмерного коэффициента состояния от 1 за период измерений в зависимости от требований режимов эксплуатации. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к контролю технического состояния аккумуляторной батареи в процессе эксплуатации, и распространяется, в том числе, на стационарные аккумуляторы и моноблочные батареи, предназначенные для эксплуатации в стационарном положении (т.е. не перемещаемые с места на место) и постоянно соединенные с нагрузкой и питанием от источника постоянного тока, используемые, например, на электростанциях и подстанциях, в телекоммуникационных и телефонных системах и сетях.

Эксплуатация систем питания, имеющих в составе аккумуляторы, объединенные в аккумуляторные батареи (АБ), требует постоянного контроля состояния аккумуляторов. Это связано с изменением параметров аккумуляторов в процессе эксплуатации со временем (старение), в зависимости от температуры (изменение физико-химических процессов), от режимов эксплуатации (например, токи разряда, заряда, глубина разряда, вид зарядной характеристики) и т.д. Эксплуатация систем питания требует точно оценивать состояние аккумуляторов в АБ, так как неисправность одного из них может привести к неработоспособности всю АБ и систему питания в целом.

В настоящее время можно выделить следующие известные основные способы тестирования АБ.

К числу наиболее распространенных в настоящее время известных способов тестирования состояния АБ относится измерение емкости путем разряда в соответствии с п.5.1 ГОСТ Р МЭК 60896-2-99, при котором оценка технического состояния АБ осуществляется путем определения фактической емкости АБ при разряде полностью заряженной АБ, т.е. путем длительного 20 часового разряда АБ [1]. Разряд осуществляется на управляемый источник тока. Ток разряда в процессе разряда стабилизируется на заданном уровне, независимо от напряжения на АБ. При этом емкость определяется путем эмпирических вычислений как произведение тока разряда на время разряда. В процессе заряда измеряется емкость, вкачиваемая в АБ. По соотношению вкачанной и отданной емкостей оценивают качество батареи. Для исправных батарей это соотношение обычно находится в пределах 1,1-1,3. При большем различии батарея, как правило, признается деградировавшей. К числу очевидных недостатков данного способа тестирования следует отнести необходимость вывода системы АБ из режима эксплуатации на длительный период, и, следовательно, невозможность осуществлять постоянный контроль технического состояния АБ и составляющих ее аккумуляторов в процессе эксплуатации.

Другим известным способом оценки технического состояния АБ является измерение внутреннего сопротивления АБ путем разряда в соответствии с параграфом 5.5 ГОСТ Р МЭК 60896-2-99, а именно определение внутреннего сопротивления аккумуляторов по двум значениям разрядного тока и напряжения. При этом разрядный ток первой ступени выбирается в зависимости от тока десятичасового режима разряда и равен увеличенному в 4-6 раз номинальному 10-ти часовому току разряда, напряжение регистрируется на 20 секунде разряда. Ток второй ступени выбирается равным увеличенному в 20-40 раз номинальному 10-ти часовому току разряда, напряжение регистрируется на 5 секунде разряда. Далее линейной экстраполяцией определяются расчетная ЭДС и ток короткого замыкания аккумулятора. По полученной вольтамперной характеристике определяют внутреннее сопротивление аккумулятора. Данный способ оценки состоянии АБ трудно осуществить в условиях работающих электроустановок, так как требует выведения АБ из эксплуатации на период измерения. Трудность состоит и в обеспечении длительности второй ступени разрядного тока, в особенности на аккумуляторных батареях большой емкости (например, при емкости АБ 3000 ампер/часов требуется ток 6000-12000 ампер), напряжение у потребителей при протекании тока второй ступени может оказаться ниже допустимого уровня и, таким образом, проведение данных испытаний АБ требует обязательного вывода ее из режима эксплуатации. Кроме того, данный метод испытаний дает информацию при стабильных условиях испытаний и не учитывает динамические реакции, что приводит к довольно высокой погрешности результатов испытаний (порядка 10%).

Известны также способы оценки технического состояния АБ, основанные на измерении внутреннего сопротивления на переменном токе малой амплитуды (в десятки раз меньше номинального тока) [3], короткоимпульсный способ [2], путем нагрузки АБ большими токами малой длительности и метод измерения симметрии, при котором АБ делится на ряд групп и производится пороговое сравнение напряжения в группах в режиме эксплуатации [4].

К числу существенных недостатков вышеуказанных способов тестирования и оценки состояния аккумуляторов и аккумуляторных батарей следует отнести, аналогично вышеописанным способам оценки технического состояния АБ и входящих в ее состав аккумуляторов, необходимость выведения системы питания с АБ из эксплуатации для проведения тестов на время от десятков минут до суток; зависимость результатов от состояния АБ, т.е. от ее фактического заряда, предыдущего состояния и т.п. При использовании метода измерения напряжения симметрии к числу существенных недостатков следует отнести сложность выработки уровня порогового контроля.

Известны также различные способы определения параметров АБ, в частности способ определения составляющих полного внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи путем сравнения напряжения на ней и выходе аналоговой моделирующей установки при прохождении импульсов зарядного и разрядного токов через батарею и включенный последовательно с ней безындуктивный резистор, напряжение с которого подается на вход аналоговой моделирующей установки [5]. При достижении совпадения изменений напряжений, контролируемого ходом лучей двухлучевого осциллографа, подключенного к клеммам батареи и выходу аналоговой моделирующей установки, определяют передаточную функцию полученной модели по установленным значениям параметров моделирующей установки, а также составляющие полного внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи из условия равенства передаточных функций полученной модели и математического выражения полного внутреннего сопротивления батареи в операторной форме.

Недостатками этого способа являются низкая точность из-за субъективности оценки экспериментатором совпадения переходных характеристик модели и батареи, а также высокая трудоемкость определения параметров АБ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов в АБ, основанный на измерении на переменном токе малой амплитуды, подаваемом в цепь АБ.

Данный способ определяет только один параметр - внутреннее сопротивление, что является недостаточным для принятия решения о качестве аккумулятора. Это происходит из-за того, что наиболее важной характеристикой аккумулятора является его емкость и соответственно возможность отдавать энергию. Кроме того, измерение на переменном токе при работающей системе искажается системой питания и нагрузкой (т.е. система питания и нагрузка демпфируют измерительные импульсы, подаваемые на АБ), что приводит к существенным ограничениям применения данного метода испытаний и высокой погрешности измерений. Измерение на переменном токе производится токами малой амплитуды, что не обеспечивает отстройку от крайне нелинейного начального участка нагрузочной характеристики аккумулятора, таким образом, вычисленные по данной методике параметры могут оказаться применимы к малым токам, а на больших токах параметры аккумуляторы будут сильно отличаться от расчетных.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков вышеописанных способов оценки технического состояния аккумуляторов в АБ, расширение функциональных возможностей при обеспечении высокой достоверности результатов комплексной проверки аккумуляторных батарей в автоматизированном режиме в процессе эксплуатации, основанной на создание простой системы непрерывного контроля.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в осуществлении непрерывного (квазинепрерывного) контроля аккумуляторов во всех режимах эксплуатации АБ и системы питания в целом - разряд, заряд, работа в буферном режиме, быстром заряде, что позволяет оценивать качество аккумуляторов, не выводя систему электропитания и АБ из эксплуатации, и при полном соответствии режима тестирования режиму эксплуатации АБ и системы питания, без внесения дополнительной нагрузки эксплуатируемой системы ни по переменному, ни по постоянному току, в отсутствие нагрузки АБ большими импульсными токами и не уменьшая количество циклов заряд-разряда.

Указанный технический результат достигается тем, что к аккумуляторной батарее и составляющим ее аккумуляторам подключают измерительные приборы для измерения напряжения и в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи квазинепрерывно, с постоянным временным интервалом дискретизации, осуществляют измерения напряжения на каждом аккумуляторе и аккумуляторной батареи в целом, фиксируют измеренные параметры с обеспечением возможности сохранения и накапливания измеряемых значений в течение срока эксплуатации каждого аккумулятора и аккумуляторной батареи, и по измеренным значениям напряжения каждого аккумулятора и аккумуляторной батареи за период измерений, составляющий более одного интервала дискретизации, вычисляют безразмерный коэффициент состояния аккумулятора, являющийся показателем отношения энергии, отданной аккумулятором за период измерений, к величине энергии, соответствующей среднему значению энергии, отданной аккумуляторами в аккумуляторной батарее за период измерений, определяемый эмпирическим путем по формуле:

где:

Qt,n - безразмерный коэффициент состояния n-го аккумулятора в аккумуляторной батарее за период измерения t, в диапазоне от первого измерения t1 до конечного tk;

Ui - напряжение на аккумуляторной батарее при i-м измерении;

Ui-1 - напряжение на аккумуляторной батарее при измерении, предыдущем i-му измерению;

Uan,i - напряжение на n-м аккумуляторе при i-м измерении;

Uan,i-1 - напряжение на n-м аккумуляторе при измерении, предыдущем i-му измерению;

Usi - среднее значение напряжения аккумуляторов в аккумуляторной батарее при i-м измерении;

Usi-1 - среднее значение напряжения аккумуляторов в аккумуляторной батарее при измерении, предыдущем i-му измерению;

а по величине отклонения значения безразмерного коэффициента состояния от 1 производят непрерывную оценку технического состояния каждого из аккумуляторов АБ в процессе эксплуатации и отбраковку неисправных аккумуляторов при отклонении безразмерного коэффициента более чем на 10-40% за период измерений (например, при контрольном цикле разряда/заряда).

Измерения осуществляют не реже 1 раза в минуту. При этом измерение напряжений осуществляют в течение не менее 10 интервалов дискретизации.

Безразмерный коэффициент состояния аккумулятора имеет физический смысл, отражающий разницу в энергии, полученной или отданной конкретным аккумулятором в АБ по отношению к усредненному значению энергии, отданной аккумуляторами в АБ, т.е. аккумулятор, который отдает меньше (или больше) энергии или принимает при заряде меньше (или больше) энергии будет выделяться соответствующим изменением значения безразмерного коэффициента состояния аккумулятора. При этом отклонение показателя безразмерного коэффициента состояния аккумулятора от единицы свидетельствует об изменении рабочих параметров аккумулятора от нормированных эксплуатационных показателей, вызванных нарушением протекающих в аккумуляторе физико-химических процессов, прямым следствием которых является изменение емкости и показателей выработки энергии аккумулятора, что приводит к неработоспособности как данного аккумулятора, так и содержащей его АБ.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:

Фиг 1 - Электрическая схема контроля напряжений на аккумуляторах АБ;

Фиг 2 - Электрическая схема контроля напряжений на аккумуляторах АБ совместно с соединителями;

Фиг 3 - Пример реализации системы контроля технического состояния аккумуляторов.

На фиг.1 представлена электрическая схема контроля напряжений на аккумуляторах и АБ. На данной схеме к аккумуляторной батарее 1, состоящей из последовательно соединенных аккумуляторов 2, и к каждому из аккумуляторов 2 и аккумуляторной батарее 1 подключены измерительные устройства 3 для измерения напряжений на каждом из устройств. Подключенные измерительные устройства 3 не оказывают влияния на рабочие характеристики аккумуляторной батареи 1 и позволяют проводить постоянный контроль напряжения, не выводя АБ из процесса эксплуатации.

Способ оценки технического состояния основывается на квазипостоянном периодическом измерении напряжения контролируемых аккумуляторов в АБ и на АБ в целом (от 10 раз в секунду до 1 раза в минуту) и определении на основании измеренных значений для каждого аккумулятора безразмерного коэффициента состояния, на основании которого можно оценить текущее состояние аккумулятора и производить отбраковку неработоспособных аккумуляторов в АБ. При этом данные измерений фиксируются любым известным из уровня техники способом, например, включая, но не ограничиваясь, с помощью самописца и/или в электронном виде в памяти измерительных устройств 3 или иных устройств, обладающих памятью для хранения результатов, и сохраняются в течение всего срока службы каждого аккумулятора и аккумуляторной батареи.

В процессе измерения осуществляют фиксацию и сохранение следующих значений измерений для аккумуляторной батареи, состоящей из N аккумуляторов (N - количество аккумуляторов в АБ):

Ui - напряжения на АБ при i-м измерении;

Uan,i - напряжения на n-м аккумуляторе при i-м измерении;

где индексы означают следующее:

i - номер измерения;

n - номер аккумулятора в АБ.

Измерения проводятся с постоянным временным интервалом дискретизации.

Как уже выше отмечалось, изменение параметров состояния аккумулятора напрямую зависит от изменения физико-химических процессов, происходящих в аккумуляторе, приводящих к изменению параметров выработки энергии аккумулятором в результате изменения его емкости.

Энергия, отданная аккумулятором за промежуток времени измерений t=tk-t1, включающий более одного интервала дискретизации, может быть получена интегрированием или суммированием изменения мощностей за период дискретизации. Метод суммирования более прост и является наиболее предпочтительным в реализации, так как период дискретизации постоянен.

Поскольку ток в АБ и ток в аккумуляторах один и тот же, так как рассматривается последовательное соединение аккумуляторов (фиг.1), изменение мощности на каждом аккумуляторе за период дискретизации может быть определено в виде произведения значений изменения напряжения за период дискретизации на n-м аккумуляторе на показатель изменения тока, протекающего в АБ, который, при условии допущения постоянства внутреннего сопротивления АБ за период дискретизации, может быть определен в виде отношения показателя изменения напряжения АБ за период дискретизации на значение внутреннего сопротивления АБ. Стабильность значения внутреннего сопротивления АБ за период дискретизации, не превышающий 1 минуты, подтверждается в том числе и производителями аккумуляторов, допускающих не более чем 20% изменение внутреннего сопротивления АБ в процессе эксплуатации, а, как правило, срок службы аккумулятора устанавливается 5-10 лет. Таким образом, как при измерениях за период дискретизации, так и за период измерений, включающий несколько периодов дискретизации, значение внутреннего сопротивления АБ можно считать постоянным.

Поскольку измерения осуществляют в процессе эксплуатации АБ, то расчет энергии аккумулятора осуществляют и при разряде АБ и при заряде, характеризующемся изменением направления тока, отражающимся при расчетах в виде изменения знака напряжения как на АБ, так, соответственно, и на каждом аккумуляторе, что обусловливает независимость общего знака энергии от направления тока.

Таким образом, для каждого аккумулятора в АБ показатель отданной энергии за период времени измерений, не меньший периода дискретизации, определяют на основании следующей формулы:

где t1-tk - временной период, за который рассчитывается данный параметр, который может включать несколько интервалов дискретизации, в общем случае включающий k-1 интервалов дискретизации. Данный период наиболее удобно выбирать длительностью 1 час. Размерность параметра ватт*время.

Параметр Eat,n имеет физический смысл, отражающий величину энергии, полученной или отданной конкретным аккумулятором в АБ. Аккумулятор, который отдает меньше (или больше энергии) или принимает при заряде меньше (или больше энергии) будет выделяться соответствующим изменением значения Eat,n. Однако данный параметр не позволяет осуществлять быструю оценку текущего состояния аккумулятора и требует длительного наблюдения и довольно сложной процедуры сопоставления сходных параметров для разных аккумуляторов в АБ и необходимости дополнительного измерения внутреннего сопротивления АБ.

Достоверность и наглядность оценки технического состояния каждого аккумулятора, согласно изобретению, достигается при определении безразмерного коэффициента состояния Qt,n, являющегося отношением значения разности энергии Eat,n, на n-м аккумуляторе за период измерений t к значению параметра Est, являющемуся средним значением разности энергии за период измерений в АБ, которое определяют на основе среднего значения напряжения аккумуляторов в АБ - Usi, по следующей формуле:

Таким образом, с учетом постоянства внутреннего сопротивления АБ за период измерений, безразмерный коэффициент состояния n-го аккумулятора АБ определяют на основании измеренных значений напряжений следующим образом:

Для аккумуляторов, параметры которых соответствуют среднему значению в АБ, данный безразмерный коэффициент состояния аккумулятора будет менее 1, параметр «плохого» аккумулятора будет более 1. Введя пороговое значение превышения значения Qt,n, например, на 10-40% от 1, осуществляют отбраковку неисправных аккумуляторов АБ.

Возможность оценки технического состояния аккумуляторов в АБ по постоянно измеряемым значениям напряжений на аккумуляторах и АБ позволяет существенно упростить контроль эксплуатационных характеристик аккумуляторов и отбраковку неисправных элементов АБ, не прерывая процесс эксплуатации АБ, не нагружая АБ и не оказывая влияния на физические и химические процессы, происходящие в процессе эксплуатации АБ.

Для повышения точности могут быть использованы иные формулы определения показателей разности энергии за период измерений на n-м аккумуляторе и АБ (например, формула трапеций) при соблюдении допущений постоянства внутреннего сопротивления за период измерений и независимости общего знака показателя энергии от направления тока при разряде и заряде АБ.

Безразмерный коэффициент состояния аккумулятора также может содержать фильтрацию, которая позволит сглаживать небольшие изменения рабочих режимов в процессе эксплуатации.

Возможность осуществления способа оценки состояния аккумулятора АБ согласно изобретению поясняется примером, представленным в таблице 1.

В таблице 1 представлены результаты измерений, с интервалом дискретизации 1 минута, напряжений на аккумуляторах и АБ в режиме заряда/разряда 4-х 12-ти вольтовых аккумуляторов и пример расчета безразмерного коэффициента состояния Qt,n для каждого аккумулятора.

В данной таблице первая строка 1 соответствует режиму буферного заряда, т.е. нахождение АБ в заряженном состоянии, строки 2-6 соответствуют измерениям в режиме разряда, строки 7-14 соответствуют измерениям в режиме нахождения АБ в разряженном состоянии без нагрузки, строки 15-23 соответствуют измерениям, осуществленным в режиме заряда АБ.

Поскольку значения Qt,n рассчитываются за период измерений не менее одного периода дискретизации, то параметры Qt,n в примере приведены, начиная со второго измерения, фиксирующего первый интервал периода дискретизации за весь период измерения. Очевидно, что значения Qt,n аккумуляторов АБ на первых интервалах дискретизации (строки 1-3) существенно превышают среднее значение параметров (равное 1), что вызвано особенностью метода суммирования, характеризующегося высокой погрешностью при малой выборке оцениваемых значений. Однако уже начиная с третьего интервала дискретизации, т.е. при проведении 4 измерения, осуществляемого в приведенном примере через 3 минуты, значения Qt,n стабилизируются и дают объективное представление о работоспособности аккумуляторов, что говорит о высокой надежности данного метода контроля качества аккумуляторов в АБ.

Изменение значения безразмерного коэффициента состояния Qt,n при измерениях на начальной стадии перехода в режим заряда АБ (строка 15) обусловлено неизбежными в данной ситуации скачками напряжения, что и нашло отражение в значениях измеренных напряжений на аккумуляторах и АБ и, соответственно, в значениях Qt,n. Однако, уже начиная со следующего измерения (строка 16), значения Qt,n стабилизируются, что подтверждает надежность данного способа оценки состояния аккумуляторов в АБ, представляющего объективную картину состояния аккумуляторов в сети за период измерений, включающий несколько периодов дискретизации, предпочтительно больше 10.

Таким образом, из расчета параметров безразмерных коэффициентов состояния для каждого из 4-х аккумуляторов Qt,l-Qt,4 видно, что даже небольшой набор данных, а именно 23 измерения за 23 минуты, позволяет выделить наиболее плохие аккумуляторы в АБ (первый и второй аккумуляторы).

Наибольшее влияние на рассчитываемые коэффициенты оказывают значения напряжений на первом и втором аккумуляторах, полученные в результате 2, 6-8 измерений. Как видно из таблицы, первый и второй аккумуляторы характеризуются более высокими значениями Qt,n, причем второй аккумулятор очевидно обладает худшими значениями Qt,n, начиная с первых измерений. Первый аккумулятор, обладая в начале исследований повышенными значениями Qt,n (не более 0,6), демонстрирует сначала постепенное увеличение значения Qt,n до значения, близкого к единице, и затем существенное ухудшение значения Qt,n после перехода АБ в режим заряда, что свидетельствует о резком и необратимом изменении физико-химических параметров аккумулятора. При этом снижение значений Qt,n для остальных аккумуляторов при переходе АБ в режим заряда объясняется естественным улучшением параметров аккумулятора со стабильными физико-химическими свойствами в режиме заряда. При этом аккумуляторы, находящиеся в рабочем состоянии, и аккумуляторы деградировавшие реагируют на переход АБ в режим заряда одинаково уменьшением значения, однако перепад значения Qt,n тем меньше, чем лучше физико-химические параметры аккумулятора и выше его работоспособность. Таким образом, очевидно, что данный способ оценки состояния аккумуляторов в АБ позволяет не только осуществлять отбор неисправных аккумуляторов на основании стабильно высокого показателя значения Qt,n за период измерений, больший одного периода дискретизации, но и осуществлять контроль состояния в течение периода измерений, позволяющий планировать сроки замены аккумулятора в АБ по динамике изменения значения коэффициента Qt,n в течение периода наблюдения. Представленные в таблице значения Qt,n подтверждают, что отклонение значения Qt,n от 1 на 40% свидетельствует о необратимой деградации аккумулятора, а значения Qt,n, близкие к 1, относятся к аккумуляторам с нестабильными параметрами и пониженной работоспособностью. Очевидно, что для отбраковки аккумуляторов пороговое значение 40% достоверно подтверждает неработоспособность аккумулятора, в то же самое время нижний предел диапазона для выбора порогового значения может быть выбран исходя из требований условий эксплуатации АБ и, для достоверности результатов, превышать значение 1. Наиболее оптимальным значением нижнего предела следует принять 10% как значение, которое достоверно отображает необратимые процессы, протекающие в аккумуляторе.

Если при разряде или заряде АБ может быть использован стабильный ток и известно его значение, то из представленных выше формул может быть рассчитано внутреннее сопротивление Ran,i каждого аккумулятора:

Ran,i=(Uan,i-Uan,i-1)/dIi

Этот параметр может быть использован как для сравнения с остальными аккумуляторами, так и с приведенным производителем в паспорте аккумулятора, расширяя тем самым возможности оценки состояния аккумуляторов в аккумуляторной батарее согласно изобретению, в том числе и по характеристике изменения внутреннего сопротивления каждого аккумулятора АБ.

Так как при эксплуатации системы постоянно происходит заряд-разряд АБ, будет происходить и постоянный расчет безразмерного коэффициента состояния аккумулятора Qt,n, соответствующий состоянию конкретного аккумулятора АБ в

конкретной системе питания и при конкретных режимах эксплуатации.

Таким образом, данный способ позволяет оценивать состояние аккумуляторов в АБ, используя в качестве возмущающего воздействия процессы, происходящие в системе питания. К таким воздействиям можно отнести, например, переход системы питания на питание от аккумуляторов вследствие отключения подачи внешней электроэнергии и последующий заряд АБ. Это обусловливает максимальное соответствие режима контроля режиму эксплуатации системы питания с АБ.

Большинство современных систем питания производят регулярные циклы заряда-разряда АБ в процессе эксплуатации. Расчет параметров АБ в период таких циклов позволяет набирать статистику по изменению параметров аккумуляторов не только по отношению друг к другу, но и в процессе старения. При необходимости проведения или внепланового теста АБ достаточно произвести один цикл разряда-заряда. Полученные данные будут отображать текущее состояния АБ в целом и каждого аккумулятора в отдельности.

Одновременно с контролем аккумуляторов может производиться и контроль соединителей аккумуляторов (перемычек, клемм). Данные параметры могут контролироваться как отдельно, так и вместе с аккумуляторами. В первом случае требуется измерение падения напряжения на соединителях, в последнем случае (фиг.2) измеряется напряжение на аккумуляторе 2 совместно с соединителем 4. При увеличении сопротивления соединителя 4 (как правило, это связано с увеличением сопротивления контакта при присоединении аккумулятора к соединителю) внутренне сопротивление пары аккумулятор-соединитель возрастает, что и приводит к значительному отклонению рассчитываемых параметров. Определение безразмерного коэффициента состояния соединителей аккумуляторов будет осуществляться аналогично, вышеописанным способом.

Одновременно с рассчитанным значением качества АБ за период измерений t также фиксируют и сохраняют статистически обработанные значения напряжения на аккумуляторах, такие как минимальное, максимальное, среднее значение, разброс, отклонение значений напряжения за период сохранения (например, за 1 час). Также стоит отметить важность сохранения такого параметра, как температура аккумулятора. Температура не используется для вычисления в данном способе, но может быть полезна для оценки условий эксплуатации.

Таким образом, реализация способа, согласно изобретению, требует наличия измерительного оборудования для измерения напряжения и устройства, обладающего памятью для хранения результатов.

Наиболее просто способ может быть реализован на базе микропроцессорной системы, состоящей из получивших широкое применение в измерительной технике микропроцессора, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блока памяти для хранения измерений и индикатора и/или интерфейса для передачи сохраненной и накопленной информации по результатам измерений и вычислений в другую автоматизированную систему. Объем памяти измерений, исходя из расчета эксплуатации АБ в течение 10 лет, состоящей из 30-ти 2-х вольтовых элементов (типичная система на 60 вольт для городских и сельских АТС), составляет 64 Мбайт. Данное значение получено исходя из хранения результатов измерений (10 слов по 16 бит) и расчета обобщенного параметра 1 раз в час. В настоящее время такой объем информации легко реализуется на базе одной микросхемы флеш-памяти, например, K9WBG08U1M имеет объем 64 Гбит, и, таким образом, вся система измерений, вычисления безразмерного коэффициента состояния каждого аккумулятора, хранения и индикации результатов измерений может быть реализована на микропроцессоре со встроенным АЦП, программно реализованным интерфейсом и микросхеме памяти.

Пример реализации системы контроля технического состояния аккумуляторов, согласно изобретению, представлен на фиг.3.

Для реализации способа значения напряжения, измеренные на каждом из аккумуляторов 2, поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 6 (АЦП) и далее в цифровом формате поступают на микропроцессор 7, который программным образом осуществляет сохранение данных измерений в постоянное запоминающее устройство 8 (ПЗУ), а также программным способом осуществляет расчет безразмерного коэффициента состояния каждого аккумулятора по измеренным напряжениям и передает полученные данные в ПЗУ 8 и на устройство 5 отображения информации, выполненное, например, в виде жидкокристалического индикатора или дисплея. При формировании и направлении посредством последовательного интерфейса 9 запроса на микропроцессор 7 данные из ПЗУ 8 за любой период измерений передаются на устройство отображения информации 5 и в другую автоматизированную систему (на фиг.3 не показана).

Таким образом, предлагаемый способ оценки технического состояния и отбраковки аккумуляторов в АБ может быть реализован промышленным способом с использованием известных устройств и имеет следующие достоинства перед аналогами:

- позволяет осуществлять непрерывный контроль и определять параметры качества аккумуляторов, не выводя систему электропитания и АБ из эксплуатации;

- позволяет исключить дополнительную нагрузку эксплуатируемой системы по переменному и постоянному току, а также большими импульсными токами;

- не оказывает влияния на количество циклов заряд-разряд;

- позволяет осуществлять контроль во всех режимах эксплуатации АБ и системы питания в целом - разряд, заряд, работа в буферном режиме, быстром заряде, что позволяет оценивать качество аккумуляторов в конкретный условиях эксплуатации;

- упрощает аппаратуру контроля и таким образом уменьшает стоимость и увеличивает надежность диагностики;

- подходит для любых систем, даже не оснащенных функциями контрольного разряда;

- производит непрерывный контроль цепей соединения аккумуляторов в АБ (таких, как клеммы, перемычка, провода, шунты).

Литература

1. ГОСТ Р МЭК 60896-2-99. Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний. Часть 2. Закрытые типы.

2. Гусев Ю.П., Дороватовский Н.М., Поляков А.М. Оценка технического состояния аккумуляторных батарей электростанций и подстанций в процессе эксплуатации. Электро, 2002, №5. с.34-38.

3. Таганова А.А., Бубнов Ю.И., Орлов С.Б. Герметичные химические источники тока: элементы и аккумуляторы, оборудование для испытаний и эксплуатации. - СПб.: Химиздат.2005.

4. http://www.vestnik-sviazy.ru/t/e.107_plugins/ content/content.php?content.156

5. "РД 45.120-2000 (НТП 112-2000). Нормы технологического проектирования, городские и сельские телефонные сети" (утв. Минсвязи РФ 12.10.2000).

1. Способ оценки технического состояния и отбраковки аккумуляторов в аккумуляторной батарее, характеризующийся тем, что к аккумуляторной батарее и составляющим ее аккумуляторам подключают измерительные приборы для измерения напряжения и в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи квазинепрерывно с постоянным временным интервалом дискретизации осуществляют измерение напряжения на каждом аккумуляторе и аккумуляторной батарее в целом, фиксируют измеренные значения с обеспечением возможности сохранения и накапливания результатов измерений в течение срока эксплуатации каждого аккумулятора, и по измеренным значениям напряжения каждого аккумулятора и аккумуляторной батареи за период измерений, составляющий более одного интервала дискретизации, вычисляют безразмерный коэффициент состояния аккумулятора, являющийся показателем отношения энергии, отданной аккумулятором за период измерений, к величине энергии, соответствующей среднему значению энергии, отданной аккумуляторами в аккумуляторной батарее за период измерений, определяемый эмпирическим путем по формуле

где Qt,n - безразмерный коэффициент состояния n-го аккумулятора в аккумуляторной батарее за период измерения t в диапазоне от первого измерения t1 до конечного tk:
Ui - напряжение на аккумуляторной батарее при i-м измерении;
Uan,i - напряжение на n-м аккумуляторе при i-м измерении;
Usi - среднее значение напряжения аккумуляторов в аккумуляторной батарее при i-м измерении, при этом оценку технического состояния аккумуляторов осуществляют по величине отклонения значения безразмерного коэффициента состояния от 1, а отбраковку неисправных аккумуляторов производят при превышении значения безразмерного коэффициента 1 более чем на пороговое значение, выбираемое из диапазона 10-40% за период измерений в зависимости от требований режимов эксплуатации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют измерение напряжения на каждом аккумуляторе совместно с соединителем.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что измерение напряжений осуществляют не реже 1 раза в минуту.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что измерение напряжений осуществляют в течение не менее 10 интервалов дискретизации.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к диагностике химических источников тока и предназначен для выявления аккумуляторов с пониженной емкостью никель-кадмиевых батарей. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока (ХИТ). .

Изобретение относится к определению состояния заряда аккумуляторной батареи. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к автоматизированным системам контроля, и может быть использовано для задания и контроля тока разряда химических источников тока (ХИТ), контроля напряжения на ХИТ, активации теплового ХИТ.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам диагностики химических источников тока. .

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может найти применение в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов. .

Изобретение относится к работе батарей с проточным электролитом, в частности к способам и системам управления, контроля, зарядки и/или разрядки батарей с проточным электролитом.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к химическим источникам тока, и может быть использовано для контроля технического состояния свинцово-кислотной аккумуляторной батареи (АБ), например батискафа.

Изобретение относится к области электрических измерений и может использоваться при тестировании литиевых источников, используемых в системах длительного автономного функционирования

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля состояния аккумуляторных источников питания как отдельных аккумуляторов, так и батарей, состоящих из n последовательно включенных элементов

Изобретение относится к комплексным автоматизированным системам, а именно к системам для контроля работоспособности и диагностики неисправностей обслуживаемых и необслуживаемых аккумуляторных батарей различных (подвижных и стационарных) объектов на базе средств вычислительной техники

Изобретение относится к мониторингу аккумуляторных модулей, каждый из которых содержит множество единичных элементов

Изобретение относится к устройству и способу оценки состояния батареи

Изобретение относится к электротехнике, в частности к бортовым системам контроля работоспособности и определения сроков обслуживания аккумуляторных батарей

Изобретение относится к работе батарей с проточным электролитом, в частности к системам управления, контроля, зарядки и/или разрядки батарей с проточным электролитом. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных возможностей устройства. Система управления отдельным пакетом в батарее с проточным электролитом содержит контроллер пакета для взаимного соединения с, по меньшей мере, одним из пакетов аккумуляторных элементов; входной датчик, связанный с контроллером пакета, для предоставления информации о рабочем состоянии, по меньшей мере, одного пакета аккумуляторных элементов и средство вывода управляющего сигнала, связанное с контроллером пакета, для индивидуального управления состоянием зарядки. При этом контроллер пакета включает в себя двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный ток для обеспечения подачи зарядного тока к, по меньшей мере, одному пакету аккумуляторных элементов батареи и для обеспечения выдачи тока из, по меньшей мере, одного пакета аккумуляторных элементов батареи на нагрузку. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к оценке состояния аккумулятора. Сущность: устройство определяет ток и напряжение на клеммах аккумуляторной батареи; использует их значения, чтобы оценивать значение на клеммах аккумуляторной батареи на основе предварительно определенной модели аккумулятора; и последовательно идентифицирует параметр модели аккумулятора так, что разность между значением на основе значения измерения напряжения на клеммах и оцененным значением напряжения на клеммах сходится к нулю. Когда конкретный один из идентифицированных параметров равен или превышает предварительно определенное первое пороговое значение, то верхнее ограничение выполняется таким образом, что значение конкретного параметра задается равным первому пороговому значению. Технический результат: улучшение оценки состояния аккумулятора. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к химическим источникам тока, а именно к определению остаточной емкости электрических аккумуляторов. Технический результат: обеспечение возможности определения остаточной емкости литий-ионного аккумулятора с положительным электродом на основе феррофосфата лития, повышение достоверности такого определения. Сущность: определение остаточной емкости литий-ионного аккумулятора производят путем его импульсного нагружения током, измерения величины падения напряжения на его клеммах и определения остаточной емкости по заранее снятой зависимости величины падения напряжения от остаточной емкости аккумулятора. Особенностью способа является то, что нагружение производят в течение 0,01-0,1 секунд током, не менее чем в 5 раз превышающим максимально допустимый ток непрерывного разряда для данного типоразмера аккумулятора, но меньшим, чем допустимый для данного аккумулятора импульсный ток нагрузки. Дополнительно контролируют ток рабочей нагрузки аккумулятора и его импульсное нагружение током осуществляют при минимальном значении тока рабочей нагрузки аккумулятора или в периоды его работы на холостом ходу. При осуществлении способа в условиях постоянной высокой рабочей нагрузки по току или при отсутствии за весь цикл его разряда периодов работы на холостом ходу, на время импульсного нагружения аккумулятора током и измерения падения напряжения на клеммах аккумулятора его отключают от рабочей нагрузки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматике электрических сетей. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. В способе контроля вида неустойчивого короткого замыкания при исчезновении одного или всех линейных напряжений на трансформаторе начинают отсчет суммарного времени, равного времени выдержки срабатывания защиты и времени выдержки автоматического повторного включения (АПВ) головного выключателя (ГВ). Если при исчезновении одного из линейных напряжений в момент окончания времени выдержки срабатывания защиты ГВ исчезнут два других линейных напряжения, а в момент окончания выдержки АПВ ГВ все линейные напряжения появятся на трансформаторе, делают вывод о неустойчивом двухфазном КЗ и успешном АПВ ГВ. Если при исчезновении всех линейных напряжений через время, равное времени выдержки срабатывания защиты плюс времени выдержки АПВ ГВ, все напряжения появятся на трансформаторе, делают вывод о неустойчивом трехфазном КЗ и успешном АПВ ГВ. Таким образом получают информацию о виде неустойчивого КЗ при успешном АПВ ГВ линии, питающей трансформаторную подстанцию. 3 ил.
Наверх