Способ определения работоспособностиникель-кадмиевой аккумуляторнойбатареи

ОП ИСАНИЕ ,853715ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Совете иикСоциалистическикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет ПшуАарстееииый кемитет ЧОпубликовано 07. 08,81. Бюллетень М 29 (53) УДК 621. 355..1(088.8) ие делам изобретений н открытийДата опубликования описания 17,08.81(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ Изобретение касается определения работоспособности никель-кадмиевой аккумуляторной батареи в процессе эксплуатации, используемой в автономных системах электроснабжения на транспорте и летательных аппаратов в качестве буферного каскада или резервного источника.Основным свойством аккумуляторной батареи (АБ) в автономной системе электроснабжения (СЭС) является способность аккумулировать элек. троэнергию в периоды ее избытка и передавать потребителям во время ее недостатка при определенном напряжении. Поскольку работоспособ. ность СЗС как целого зависит от .работоспособности АБ как части, в процессе эксплуатации существует необходимость в систематическом определении работоспособности АБ.Известен способ определения работоспособности АБ через определение ее степени заряженности с помощью счетчика ампер-часов, который обеспечивает измерение тока через АБи его интегрирование. При этом предполагается, что на протяжении некоторого промежутка времени, называемого гарантированным ресурсом, характеристики АБ изменяются не существенно и тогда имеется воэможностьутверждать, что количество электричества, сообщенное АБ при заряде,равно количеству электричества, полученному от нее при разряде, И чтоконечное напряжение при заряде и разряде не будет превышать допустимойвеличины 11.Однако в процессе длительной эксплуатации никель-кадмиевой батареиее электрические характеристики изменяются и счетчик ампер-часов неспособен учитывать происходящие внутри АБ изменения и его показания стечением становятся недостоверньвеи.Дальнейшее совершенствование автономных СЭС связано с увеличением3 8537 эффективности их использования, с повышением удельных характеристив и с существенным увеличением ресурса. Одним из препятствий на этом пути является отсутствие прямых способов измерения параметров АБ, которые бы обеспечили объективное определение ее работоспособности и ,обеспечили бы эксплуатацию не только в течение некоторого гарантирован о ного ресурса, но в несколько раз большего срока безуменьшения надежности.Известен способ определения сос-. тояния АБ по разрядным характеристикам, которые представляются в виде 15 аналитических выражений, козффициен"ты которых могут бить определены свой ствами аккумуляторов и найдены из разрядных характеристик, .снятых опытным путем 12 Д. 20Способ включает также процессы измерения тока и напряжения.,Однако известные аналитические выражения разрядных характеристик характеризуют только процесс разряда, 25 процесс заряда они не описывают, Для получения изначальной информации об АБ для уточнения этих выраженийпонадобилась бы остановка работающейСЭС, проведение тестового заряда и 30 разряда, а уж после этого стало бывозможным прогнозирование работоспособности АБ при разрядах с точностью1 О.Целью изобретения является увеличение точности определения работоспособ,ности никель-кадмиевой АБ в процессеэксплуатации без нарушения злектроснаб.жения потребителей.Это достигается следующим обраэом 3 40во время заряда илн разряда АБпроизводят измерение тока через ЬБи напряжение на ее клеммах после че"го включают систему, обесаечивающуюстабилизацию тока через АБ, и снова 45измеряют ток и напряжение батареи 3через определенные промежутки времени производят измерение напряженияна батарее до тех пор, пока оно недостигнет некоторой установившейся ве Оличины; 0по результатам измерений произво"дят определение параметров динамической модели никель-кадмиевой батареи, которая имеет вид554- напряжение на батареев области комплексногопеременного 5;Е (5) - номинальное напряжениебатареи в области комплексного переменного 5;К,1 " коэффициент передачи уупругого апериодического звена, В/А;Т - постоянная времени дифференцирующего звена, с;Т - постоянная времени апериодического звена, с;К 2 - коэффициент передачи ин-.тегрирующего звена тре-:тьего порядка, В/А 3(5) - ток через АБ в областикомплексного переменного 5.Затеи производят оценку работоспособности батареи по семейству заряд- но-разрядных характеристик, получаемых из динамической модели с помощью обратного преобразования Лапласа, по формулам где 1 (5) Ц =1 + -1 Ю +КО (, ЕО; где О - напряжение на АБ при заряде;1 - ток заряда АБ, А;Ео - номинальное напряжение батареи для одного аккумуляторатипа КНГК"90 СА 1,29545 В;й - текущее время, с;0 - напряжение на АБ при разряде в В 3- ток разряда АБ, А;е - основание натурального логарифма.На фиг. 1 представлен. вариант схемы для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 - кривая зависимости 0 У(й) батареи.В СЗС (фиг. 1) аккумуляторная батарея 1 заряжается от генератора 2 и разряжается на потребители 3. Коммутатором 4 включается система стабилизации тока через АБ, которая состоит из измерительного элемеитй 5 и исполнительного элемента б. Напряжение на АБ измеряется с помощью измерителя 7, а ток через АБ - с помощью измерителя 8В определенный момент времени й 4 ,(фиг, 2) производят измерение напряжения на АБ, а также ток через АБ,ТЕ=12-постоянная времени дифференцирующегозвена определяется по ФормулеЦ-о,О -04где 0 - напряжение на АБ сразу же3после включения системы стабилизации тока через АБ;.0 а- ОкрКъ.1 Эгде 0 - конечное разрядное напряжеКРние АБ при токе стабилизации0 - конечное зарядное напряжениена АБ 1 ри токе стабилизации;й )Э - разрядный и зарядный токив режиме стабилизации.Адекватность динамической моделиоригиналу проверяется на АБ из 22аккумуляторов типа КНГКСА. Расхождение расчетных опытных характеристикпри нормальной температуре окружающей среды не превышает 1,57.Семейство зарядно-разрядных харак,теристик, полученнык с помощью предложенной методики, дает исчерпывающую информацию о работоспособности 30 45 5 8537 коммутатором 4 включают систему стабилизации тока через АБ 1 элементы 5 и 6, после чего снова измеряют напряжение и ток. Далее через определенные промежутки времени производят измерение напряжения до тех пор, пока оно не достигнет некоторой установившейся величины. По результатам .измерений строят эпюру напряжения (фиг. 2).1 ОПараметры динамической модели определяются следующим образом01-ОеК =Ь 1 А 5где О,напряжение на АБ до включения системы стабилизации тока;0 - напряжение на АБ в установив 2шемся режиме после включениясистемы стабилизации тока; 20АА- приращение тока после включения системы стабилизации.Постоянная времени апериодическогоозвена определяется из эпюры напряжения (Фиг. 2) как 15 15 6никель-кадмиевой аккумуляторной батареи и позволяет прогнозирование ее проведения при различных режимах эксплуатации.формула изобретенияСпособ определения работоспособности никель-кадмиевой аккумуляторной батареи, включающий измерениетока и напряжения, о т л и ч а -ю щ и й .с я тем, что, с целью увеличения точности определения безнарушения процесса электроснабженияпотребителей, после измерения напряжения и тока через батарею , включают режим стабилизации тока, дискретно измеряют ток н напряжение домомента достижения им установившегося значения, по результатам измерения определяют параметры динамической модели и производят оценку работо"способности по семейству зарядноразрядных характеристик, получаемыхиз динамической модели по формуламО,.ЯК,Я-)е К,Ц+Ео,о=ц.-".Ыф 1,",-")ф Й,где 0 - зарядное напряжение на ба 3тарее, В;1 - зарядный ток батареи, А;Е - номинальное напряжение баотареи, В; .- текущее время, с;К - коэффициент передачи упругого апериодического звенаВ/А;К - коэффициент передачи инте 2грирующего звена третьегопорядке, В/А;е - основание натурального логарифма;Ор - разрядное напряжение на батарее, В;р - разрядный ток батареи, А.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 506808 кл О 01 й 11/34 19732. Романов В.В. и др, Химическиеисточники тока. - М., Советское радио, 1968,с. 25 (прототнп).853715 Состави Техред Т ль И.На Маточк рректор А.Гриценко тор Т.Заг на 29 Тнраа31 ПЯЯ Государственнпо делан ивобрете13035, Москва, ЖЭакав 56 6 784 го комитета Сний и открытий Раушская наб дпнсво д. 4/ ППП Патент , г. огород, ул. Проектная,