Классификация параметров свинцово-кислотных батарей

CLASSIFICATION OF PARAMETERS OF LEAD-ACID BATTERIES

Aleksandr Postnikov

adjunct, Ryazan higher airborne command school, Russia, Ryazan

Vasilij Gumelev

candidate of technical sciences, senior lecturer, Ryazan higher airborne command school, Russia, Ryazan

Yurij Yurov

candidate of technical sciences, professor, Ryazan higher airborne command school, Russia, Ryazan

Аннотация. В результате проведенного анализа различных источников предложена классификация параметров аккумуляторных батарей. Показано, что некоторые параметры одновременно могут соответствовать различным классификационным признакам.

Abstract. As a result of the analysis of various sources, a classification of the parameters of storage batteries is proposed. It is shown that some parameters can simultaneously correspond to different classification characteristics.

Ключевые слова: аккумуляторная батарея, диагностирование, параметры аккумуляторных батарей.

Keywords: accumulator battery, diagnostics, parameters of storage batteries.

Основной задачей аккумуляторных батарей является поддержание энергобаланса в системе электроснабжения за счет накопления и последующей отдачи электрической энергии потребителям. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи находят самое широкое применение, что обусловлено приемлемыми энергетическими показателями, низкой ценой, простотой обслуживания и изготовления. Техническое состояние аккумуляторных батарей напрямую влияет на функционирование объекта в целом, время его автономной работы и определяется в процессе диагностирования по одному или нескольким параметрам.

В соответствии с [1, с.5] некоторые неформальные признаки сложных систем можно наблюдать в аккумуляторных батареях. К их числу можно отнести следующие признаки:

·     большие мощности входных и выходных параметров;

·     глубокая функциональная связь параметров;

·     отсутствие достаточной априорной информации о внутренних состояниях;

·     наличие блочной структуры.

С точки зрения диагностики каждый параметр может являться диагностическим, однако в различных случаях целесообразность использования того или иного параметра может быть различна. Анализ значимых изданий в области исследований аккумуляторных батарей [2; 3; 4; 5; 6] позволил выявить около четырех десятков параметров. Приведем их классификацию по некоторым признакам (рисунок).

В работе [7, с. 26] авторы разделяют все множество параметров на функциональные и технические. Под функциональными понимают параметры, характеризующие эффективность использования исследуемого объекта по прямому назначению. Технические же параметры указывают на состояние и работоспособность батареи.

Рисунок 1. Классификация параметров аккумуляторных батарей

Если отклонение параметров от номинальных значений приводит к снижению эффективности использования по назначению батареи, то такие параметры целесообразно считать потребительским. К их числу относятся следующие: номинальная емкость , резервная емкость , фактическая емкость , доступная емкость , ток холодной прокрутки , напряжение аккумуляторной батареи под нагрузкой , время заряда  и разряда , степень заряженности , температура окружающей среды , саморазряд , срок службы и наработка в циклах .

Сама по себе аккумуляторная батарея имеет блочную структуру. Если отклонение параметра, ведет лишь к ухудшению работоспособности отдельного блока или составной части (за исключением отказа) и в целом не влияет на выполнение батареей ее потребительских функций, то такие параметры являются внутренними. К таковым можно отнести: плотность электролита , объем электролита , внутреннее сопротивление , время заряда  и разряда , токи заряда  и разряда , саморазряд , напряжение аккумуляторной батареи , конечное разрядное напряжение , температура электролита .

Как видно, некоторые параметры встречаются чаще других. Увеличение количества таких параметров указывает на более глубокие взаимосвязи между ними и составными частями батарей. Рассматриваемая нами классификация способствует дальнейшему построению графа логической модели батареи. В такой модели параметры являются вершинами графа, а ребра указывают на связи между параметрами и их характер.

По взаимосвязи блоков батарей с их техническим состоянием параметры можно разделить на многопричинные и однопричинные.

К первой группе относятся параметры, являющиеся обобщающими, и, по своей роли в процессе диагностирования, могут служить только признаками неисправности. Такие параметры большей частью характеризуют изменение эксплуатационных свойств батарей, например, плотность электролита , количество отказавших элементов , напряжение разомкнутой цепи , напряжение аккумуляторной батареи под нагрузкой , фактическая емкость , доступная емкость , время заряда  и разряда , токи заряда  и разряда , объем электролита .

Ко второй группе относятся параметры, сопровождающие функционирование батарей. Такими параметрами могут быть следующие: саморазряд , время заряда  и разряда , токи заряда  и разряда , температура электролита , коэффициент использования активных масс , плотность электролита , объем электролита , состояние выводов, корпуса, пробок, перемычек.

Методы, обеспечивающие измерение физических величин в процессе диагностирования, большей частью касаются структурных параметров. Именно структурные параметры дают довольно четкую картину о техническом состоянии исследуемых батарей и непосредственно характеризуют работоспособность объекта диагностирования. К таким параметрам относятся: габариты пластин, масса пластин , масса активного вещества , пористость пластин , масса  и объем  электролита, тип сепаратора, химический состав решеток, способ соединения и количество аккумуляторов в батарее , внутреннее сопротивление .

Измерение большинства структурных параметров батарей затруднено, так как в данном случае необходимо применять разрушающие методы контроля технического состояния, что в целом, как отмечалось в работе [8, с.92-102], оказывает негативное влияние на эксплуатацию батарей и аккумуляторное хозяйство в целом. В связи с этим выделяют еще одну группу параметров - диагностических, косвенно характеризующих работоспособность объекта диагностирования.

Глубина связей между структурными и диагностическими параметрами является одним из факторов, влияющих на достоверность технического диагностирования. К числу параметров косвенно отражающих работоспособность батарей относят: саморазряд , напряжение разомкнутой цепи , напряжение аккумуляторной батареи под нагрузкой , внутреннее сопротивление , количество отказавших элементов , плотность электролита , объем электролита .

При диагностировании исходят из общеизвестного принципа «от общего к частному». Все неисправности и отказы, возникающие в процессе эксплуатации батарей, сопровождаются отклонениями электрических характеристик от заданных значений. Необходимо отметить, что приведенные параметры не являются исчерпывающими.

Таким образом, к исследователю предъявляются довольно высокие требования. От него зависит объективность выбора диагностических параметров, методов их измерения и достоверность полученных результатов, по которым предстоит определить техническое состояние диагностируемого объекта.