Управление зарядно-разрядными режимами аккумуляторных батарей

Управление по напряжению

Управление зарядно-разрядными процессами по напряжению на зажимах аккумуляторных батарей является широко распространенным способом благодаря достаточно высокой достоверности контроля при оценке состояния батареи и простоте реализации. Для этих целей используются различные устройст-ва от контактных вольтметров до электронных пороговых схем. В ряде случаев при оценке работоспособности аккумуляторных батарей достаточно иметь набор экспериментальных данных по испытаниям батарей при различных токовых и температурных режимах. Сравнение текущих значений с введенными таблично в запоминающее устройство микропроцессора может служить надёж-ным источником информации о состоянии как отдельных аккумуляторов, так и в целом батареи.

В связи с развитием микропроцессорной техники значительный интерес приобретают аналитические зависимости уровня напряжения батареи в функциях времени, тока и температуры. Основные требования к аналитическим зависимостям могут быть сформулированы следующим образом:

1. возможность вычисления напряжения в любой точке разрядной кривой;
2. возможность учета температуры и срока хранения;
3. пригодность для различных способов разряда.

Критерием окончания разряда, установленным заводскими инструкциями и технологическими картами, является напряжение, которое при нормальных режимах не должно быть меньше 1,0 В на клеммах щелочных и 1,8 В – кислотных.

Cуществуют информационно-измерительные системы (ИИС) для автоматизированного контроля напряжения аккумуляторов батареи при выполнении зарядно-разрядных циклов. Эти системы предназначены для проведения многоканальных автоматических измерений, кодирования измерительной информации и выдачи ее на устройство регистрации. Число входных каналов может достигает 100, время считывания и регистрации информации составляет менее 1 мин. Цикличность опроса может устанавливаться равной 10 мин, что со-ответствует предусмотренной инструкциями периодичности контроля напряжения аккумуляторов на последнем часе разряда батареи.

Контроль по количеству ампер-часов

В основу контроля зарядно-разрядных режимов по количеству амперчасов положены различного рода счетчики количества электричества. Это электромеханические и электрохимические интеграторы, показания которых различными способами передаются обычно на приборы магнитоэлектрической системы. Реже для этой цели используются приборы электродинамической и ферродинамической систем.

В ряде приборов в качестве интегрирующих электромеханических счётчиков ампер-часов используется двигатель постоянного тока, включаемый параллельно калиброванному резистору в цепи аккумуляторной батареи. 

Электромеханические счетчики имеют ограниченное распространение из-за ряда недостатков. Это высокая стоимость, большие размеры, зависимость погрешности счета от формы тока и температуры окружающей среды.

В отличие от электромеханических счетчиков электрохимические не имеют подвижных частей и не зависят от перечисленных недостатков.

Практический интерес для целей контроля состояния аккумуляторных батарей по количеству электричества представляют электрохимические интегрирующие элементы трех типов: ртутно-капиллярные кулонометры, интеграторы с непрерывным и дискретным считыванием на основе водородной электрохимической системы, интеграторы с дискретным считыванием на основе хлорсеребряной электрохимической системы.

 Управление по внутреннему сопротивлению

Значение внутреннего сопротивления аккумуляторов часто используется в качестве критерия при диагностировании аккумуляторов в процессе их производства и эксплуатации. В ряде случаев оценка состояния аккумуляторов производится по двум эталонным зависимостям внутреннего сопротивления от ЭДС для аккумуляторов определенного типоразмера. Одна зависимость строится для исправных аккумуляторов – кривая 100%-ной годности, вторая – для аккумуляторов, непригодных к эксплуатации, – кривая 0%-ной годности. В зависимости от зарегистрированного значения внутреннего сопротивления и его сравнения с эталонными данными делается вывод об исправности аккумулятора.

При диагностировании аккумулятора с дефектами напряжение на выходе измерителя внутреннего сопротивления окажется значительно больше напряжения на входе блока эталонной кривой, что соответствует максимальному напряжению на выходе блока БС и 0%-ной годности на шкале измерительного устройства.

Управление по плотности электролита и газовыделению

Для дистанционного измерения степени заряженности аккумуляторов по изменению плотности электролита кислотных аккумуляторов может служить специальная вакуумная система. Которая подаёт порции электролита в сосуд для его сбора, где помещены подпружиненный поплавок с датчиком перемещений, с помощью которого осуществляется телеметрическая система считывания результатов, или же обычный измеритель плотности электролита, соединяемый с помощью рычажного механизма, работающего в парах электролита, с индукционным датчиком перемещений.

С помощью этого устройства можно дистанционно контролировать степень заряженности аккумулятора по изменению плотности электролита и понижению напряжения одновременно, контролировать минимально допустимый уровень электролита, автоматизировать процесс измерения, упростить конструкцию, повысить надежность работы устройства, так как трущиеся элементы находятся вне агрессивной среды паров электролита.

Управление по физическим свойствам активной массы электродов

В последние годы появился интерес к разработке методов контроля состояния аккумуляторов, основанных на анализе физических свойств активной массы пластин, в частности измерение степени поглощения инфракрасного излучения материалом электрода.

При практическом использовании описанного способа для каждого конкретного типа аккумулятора производится предварительное снятие калибровочных зависимостей модуля и фазы коэффициента отражения от степени заряженности. Регистрация двух параметров отраженного излучения объясняется тем, что по одному только параметру невозможно однозначно определить заряженность. Одновременное же измерение модуля и фазы коэффициента отражения позволяет однозначно оценить степень заряженности большого круга аккумуляторов с погрешностью 5–10% во всем диапазоне ее изменения.

Использование СВЧ аппаратуры для контроля заряженности аккумуляторов связано со значительными экономическими затратами на оборудование и его наладку. Кроме того, устройство не позволяет диагностировать причины неисправностей, вызывающих потери ёмкости аккумуляторов.

Более простым и позволяющим определить причины ухудшения электрических характеристик аккумуляторов является метод, основанный на пропускании через аккумулятор переменного тока с регистрацией напряжённости магнитного поля на наружной поверхности его корпуса и последующем сравнении соответствующих данных с данными исправного аккумулятора (эталонного). Сущность метода состоит в том, что при наличии дефектов в аккумуляторе изменяется распределение токов в его электродах, что фиксируется по напряженности магнитного поля в непосредственной близости от наружной поверхности. Определение конкретных мест, где магнитное поле, обусловленное прохождением переменного тока по электродам, отклоняется от соответствующих значений для эталонного аккумулятора, позволяет определить характер дефекта. Метод применим для химических источников тока различных систем и конструкций, в том числе и герметичных. Он позволяет снизить затраты времени и электроэнергии для контроля, повысить точность измерений, так как регистрация напряженности переменного магнитного поля является хорошо отработанным и точным методом измерений. Частота и значение тока для испытаний выбираются таким образом, чтобы напряженность магнитного поля, обусловленная прохождением тока, превышала уровень случайных помех, а также не оказывала разрушающего действия на пластины.

Сравнение картины магнитного поля на наружной поверхности корпуса испытуемого аккумулятора с аналогичной для образцового позволяет определить такие характерные неисправности, как сульфатация отрицательных пластин, понижение уровня электролита и коррозию положительных пластин.