Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора

(56) Притулюк В,А. Химические истотока в авиации, М.; Воениздат, 1979, с39.вДасоян Т.А. Химические источникиЛ.: Энергия, 1967, с. 83.краткий справочник химика /ПоВ.И, Перельмана, М,: ГНТИ химическоры, 1963, с. 405.Багоцкий В.ССкундин А.М. Хиские источники тока, М,: Энергоиздат,с, 172.Устинов П.И. Стационарные аккуторные установки. М.: Энергия, 1970, с чник тока,д ред й лит 1981,муля.30,греш костью Изобретение относится к области техники измерений, конкретно к способам измерения плотности электролита свинцовых аккумуляторов (СА). Известен способ определения плотности электролита СА 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 0,05 г/см, в.то время как для3практики требуется оценивать интеграль 84 (г/смз) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР С)ПИСАНИ(57) Использование.- способ предназначен для определения плотности электр лита свинцового аккумулятора. Сущность изобретения: в период стоянки аккумулятора плотность электролита определяют по ега 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 поне 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 электоолита при стоянке СА без тока путем измерения устайовившегося значения ЭДС Е аккумулятора и определения плотности б электролита при 15 С по формуле Однако этот спосоЬ не позволяет определять плотность электролита СА в процессе разряда, так как при разряде невозможноизмерять 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: б = Е + 0,00136(15 - г) - 0,84,где б - плотность электролита при 15 С;Е - измеренная установившаяся ЭДС при 1 Ст - измеренная темггература электролита СА, С, по которой Опроделягат начальное значение плотности элОктрбЯита для каждого из и характерных режимй;При разряде СА каждом характерным режимом разряда измерягот 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 платнастй в каждом характерном режиме разряда, вычисляют отношение отданной СА емкости к приращению плотности для каждого характерного режима разряда. Эти отношения запоминают, периодически по мере израсходования ресурса СА уточняют путем повторного выполнения изложенной процедуры, а в процессе эксплуатации СА перед разрядом определяют установившуюся ЭДС, аккумулятора и температуру электролита и по формуле (2) определяют начальное значение плотности электролита, при разряде измеряют температуру электролита, так разряда, продолжительность разряда, вычисляот отданнуга аккумулятором емкость, а плотность электролита вычисляют по формуле:с 3 г 2 - аг 1 + а г,т 1 - г 2), (4) где дг 2 - плотность электролита при температуре т 2;бг 1 - плотность электролита при темпе- РатУРЕ 11;а - температурная поправка плотности.Для определения плотности электролита в процессе разряда СА перед включением аккумулятора в эксплуатацию проводят его разряд, например, пятью характерными 50 55 для эксплуата ции режимами разряда (1=, 5=,10=, 20= и 50=часовым) от полностью заря- женноГО сОстОяния дО канечнОГО РЭЗряднО го напряжения. при этом до начала разряда б = бг -- , (3)СлКгде дн - плотность электролита перед раз 5рядом СА при 15 С;б - текущая плотность электролита впроцессе разряда при 15 С,Ср 1 - емкость, отданная аккумуляторомв 1-м режиме разряда;К 1 - отношение отданной аккумулятором емкости при разряде от полностью заряженного состояния до конечногонапряжения к приращению плотности электролита, полученное предварительно для 115го характерного режима разряда;в случае разряда аккумулятора в процессеэксплуатации током, отличным от того, длякоторого известно отношение Кь в формулу(3) подставляют отношение К, которое пол 20учают интерполированием значений Кьсоответствующих ближайшим по величинетокам характерных режимов разряда, между которыми находится указанный ток,На фиг. 1 и 2 представлены схемы, поясняющие способ; на фиг, 3 - структурнаясхема устройства, реализующего предложен н ый способ.На фиг, 1 представлен алгоритм определения отношенний К для СА; на фиг. 2 -алгоритм определения плотности электролита СА.Для определения плотности электролита предложенным способом при стоянкеСА без тока измеряют температуру электролита, например, с помощью термопреабразователя сопротивления, определяютустановившуюся ЭДС. Е аккумулятора сиспользованием, например, высокоточногоцифровога вольтметра и по формуле (2) определяют плотность электролита при 15 С,при необходимости пересчет полученногозначения плотности при температуре 15 Снэ другую температуру осуществляют по известной формуле(6) где бн - плотность электролита перед включением аккумулятора на разряд при +15 С, определяемая, как указано выше;Ср - емкость, отданная аккумулятором при разряде характерными режимами;35 К - отношения (6), полученные для характерных режимов разряда;, Ср - емкость, отданная аккумулятором режимами разряда, отличными от ха рактерных;К - отношения, полученные интерполяцией зависимости К = Цр) для режимов разряда, отличных от характерных.Пересчет плотности электролита на 45 л Ср К(7) 55 каждым из= 1, 2;.5 характерных режимов измеряют температуру электролита 1, например, с помощью термопреабразователясопротивления, определяют установившуются начальную ЭДС Е с использованием, например, высокоточного цифрового вольтметра и по формуле (2) определяют начальную плотность электролита бн при 15 С, Разряд ведут постоянным током р = сопэт, измеряя продолжительность р 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 - 2,0 ч, 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 аккумуляторомв 1-м характерном режиме разряда;Онь А - начальное и конечное значенияплотности электролита аккумулятора в 1-мхарактерном 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 Й можно определить по формуле где Ср - отданная аккумулятором емкость при разряде:К - коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение плотности электролита СА при изменении отданной им емкости,Практика показывает, что коэффициентК в формуле (7) зависит от величины тока 15 20 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 1 р при токе 1 р, вычисляют отданную аккумулятором емкость по формуле проверяют выполнение условия 1 р =- рь т, е. соответствие режима разряда характерному режиму, для которого известно отношение (6). Если условие 1 Р = 1 р не выполняется, то интерполированием зависимости К = фр), например линейным, определяют отношение К для этого режима, Вычисление текущей плотности с электролита СА при 15 С с учетом возможного разряда характерными и любыми другими режимами разряда производят по формуле текущую температуру производят по формуле (4).Отношения (б) 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 иэ 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 О, то либо пропорционально изменяют все.ранее определенные отношения (6),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 К 2 через дешифратор (Ш) 3 и модуль гальванической развязки (МГР)4 подключаот к первому входу интерфейсного блока (ИБ)5 вычислительного устройства (ВУ) 6, снабженного клавиатурой 7, средствами 8 и 9 индикации регистрации, управляющий вход К 2 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 масштабируощими резисторами Р 1, Р 2, РЗ, АЦП 13 и МРР 14 подклочают измерительные клеммы измерительного шунта (ИШ) 15, включенного последовательно с АБ, при этом нэ третий вход ОУ 12 подают управляющий сигнал через М( Р 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 ВУ 6 предварительно полученные отношения К, которые определяют по формуле (6), измеряют напряжение (ЭДС) каждого элемента АБ при токе разряда (р = 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 К 2 подают нэ АЦП 10 для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код и передачи через ЫГР 11 и ИБ 5 в ВУ 6 для запоминания и последующей обработки, при этом ВУ 6 чеоеэ ИБ 5, МГР 4 и Д К 3 выдает упрэвля ощие сигналы на К 2 для подключения сснп ветс 1 вующих изме 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 рительных каналов, По измеренным значениям напряжения при 1 р = 0 ВУ 6 в соответствии с алгоритмом (фиг. 2) определяет исходные значения плотности электролита каждого элемента АБ, После включения АБ нэ разряд измеряют текущее значение тока разряда (р 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 Р 1, Р 2, РЗ для обеспечения высокой точности измерения тока 1 р при его изменении в рабочем Диапазоне От (рв(п ДО (рвах котоРому соответствует изменение падения напряжения на И Ш 15 от 0 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 ВУ 6 для запоминания и последующей обработки в соответствии с алгоритмом (фиг. 2). при этом ВУ 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 1 р АБ, результаты косвенных измерений емкости АБ, плотности электролита б; элементов АБ по алгоритму(фиг. 2) отобрэкаются 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 с( = Е - 0,84, где с( - плотность электролита при 15 С, Е - установившееся значение ЭДС, свинцового аккумулятора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, 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 О = Е+ 0,00136(15 - т) - 0,84, приразряде свинцового аккумулятора каждым характерным режимом измеряют в процессе разояда температуру электролита, ток разряда и продолкительность разряда, вычисляют отданную аккумулятором емкость,1758715 10 Ср)СеК 3 ) К Пересчет э.д,с. Екс на температуру +25 С с попощью температурного ко эф 1 ициента (л 3 с.83) Измерение злектроли Определение конечнойотности электролита к( 1) (л.4,с.171) ри ычисление и запщаеанитношения)( с,чса с:РгГ азрядного напряжения зм ар нка разряда ючени Определение ле выклюцен ратуре 1 к ановившейся з,д.с. посразряда Ек при темп.1 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 юся ЭДС и температуру электролита и, используя приведенную выше зависимость, определяют начальное значение плотности электролита, при разряде измеряют температуру электролита, ток разряда и продол жительность разряда, вычисляют отданную аккумулятором емкость, а плотность электролита вычисляют по формуле Определение начальной установивше .д.с. САЕн лри Енс до началараз Пересчет з.д.с, Ень на темпера+25 С с помощью температурногофпрента з .д.с. (л.з, с,Я) Определение нацальной плотности зтролита йнс пои +25 С по зависити Е = У () (л.4, с.171) лючение тока разряда с -го характерного режима 1 р: соля..змерение тока разряда 1 рс ижительности разряда Г р 1 сление отданной СА емкости Ср 1(р( роверка выполнения условия р 14 де й рк 1 - конечное разрядное нап ение 1 -го режима мерение температуры электролита С где бн - плотность электролита перед разрядом при 15 С;д - текущая плотность электролита в процессе разряда при 15 С;Ср - емкость, отданная аккумулятором в (-м характерном режиме разряда;К - отношение отданной аккумулятором емкости при разряде от полностью заряженного состояния до конечного разрядного напряжения к приращению плотности электролита, полученное предварительно для (-го характерного режима разряда;Ср) - емкость, отданная аккумулятором в )-м режиме, отличном от характерного;К) - отношение, полученное для )-го режима, отличного от характерного, интерполяцией зависимости К) = 1( р;1758715змерение температуры электролита САо наОпределение установившейся э.д.с. САЕ при температуре 1 до начала разраПересчет Е на температуру +25 оС с помощью температурного коэффициента э.д. (л.З с.83)Определение плотности электролита СА 8. до начала азряда при +25 оС по зависимости Е = ( а ) (л.4, с.171)Проверка условия 1 р = Он тдаИзмерение тока разряда 1 р и продолжительности разряда 8 р при токе 1 рВычисление отданной СА емкости при токе1 р по формуле Ср : 1 рЕ рПроверка условия 1 р = 1 р1758715Составитель В.Розанов едактор Л,Веселовская Техред М.Моргентал Корректск Заказ 3004 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, МоскваЖ, Раушская наб 4/Уоиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 10