CC BY
0Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 2 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 2 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 2 | 2024 год
Метод диагностики по характеристической частоте АБ(аккумуляторных батарей)
Бозоров Алишер Ганишер угли,
Ташкентский государственный технический университет имени
Ислама Каримова. Докторант. E-mail: аlisherbozorov42@gmail.com
Аннотация. Разработка метода диагностики по характеристической частоте АБ (акк умуляторных батарей). Типы батарей FIAMM 12UMTB160 и FIAMM 20720 упомянутые выше, являются «крайними» (максимальной и минимальной емкости соответственно) во всей выборке исследуемых батарей. Для АБ типа FIAMM 20720 (C20 = 7,2 Ач) среднее значение ошибки ДС20сред = 0,0002 Ач, а стандартное отклонение SAC20 = 0,120 Ач. В промежуточном диапазоне емкостей 20-100 Ач функция изменяется сравнительно равномерно. Однако результаты вычисления C20 для батарей в этом диапазоне емкостей имеют неравномерный характер.
Таким образом, уравнение позволяет прогнозировать номинальную емкость батарей различных типов по значению их характеристической частоты. Однако необходимо учитывать, что при использовании этого выражения для диагностирования батарей с емкостью превышающей 100 Ач точность определения C20 снижается.
Ключевые слова. АБ(аккумуляторных батарей), диагностика, частота, диапазон, емкост, уравнение, прогноз.
Введение. Аккумуляторы обеспечивают питание для огромного числа продуктов, устройств и техники. Современные автомобили, электромобили, скутеры, лодки и самолеты, и все это питается от аккумуляторных батарей, качество и надежность которых влияет на общественную безопасность. Таким образом, обеспечение надежности батареи является ключевой задачей производителей с помощью всесторонних проверок на качества. В целях дальнейшего совершенствования системы корпоративного управления автомобильной промышленностью, обеспечения её устойчивого развития в условиях жесткой конкуренции на внешних рынках и либерализации валютной политики, увеличения производства конкурентоспособной продукции и углубления локализации производства
организаций приняты Постановление Президента Республики Узбекистан от 01.06.2017 г. №ПП-3028 «О мерах по дальнейшему совершенствованию управления и ускоренному развитию автомобильной промышленности на 2017-2021 годы».
Цель работы разработка метода диагностики по характеристической частоте АБ (аккумуляторных батарей).
Постановка задачи. На предприятии организовать качества и разработка метода диагностики по характеристической частоте АБ (аккумуляторных батарей) испытаний продукции для осуществление проверку качества сырья и материалов.
Материалы и методы. При выполнении исследований применялся комплексный подход, основанный на применении теоретических основ электротехники, процессной и системной анализ, теории вероятности и математической статистики и методов регрессивного и корреляционного анализа.
Литературный обзор. В частности о существовании частоты, на которой эта цепь входит в режим резонанса. Как было показано в том же разделе, реальные АБ обладают низкой добротностью, и как следствие их резонансные свойства минимальны. В связи с этим термин «резонансная частота» правильнее будет заменить термином «характеристическая частота»[4].
41
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 2 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 2 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 2 | 2024 год
Согласно теории электротехники резонансом называется такой режим, при котором индуктивное и емкостное сопротивления оказываются равными и компенсируют друг друга [1]. Согласно выше сказанному
характеристическая частота характеризует соотношение эквивалентной индуктивности Ь0 и емкости Со аккумуляторной батареи. Из выражения (2.) видно, что при равенстве индуктивной и емкостной составляющей реактивного сопротивления, оно становится равным нулю. Эту частоту легко можно определить визуально по графику частотной характеристики реактивного сопротивления. Например, свинцово-кислотная батарея FIAMM 12ЦШВ160 (С20 = 160 Ач) № 1 имеет характеристическую частоту ~100 Гц (см. рис. 2.8). Батарея типа FIAMM 20720 (С20 = 7,2 Ач) № 12 в свою очередь имеет характеристическую частоту ~700 Гц (рис. 1)[2,3].
Как можно видеть батареи с разными емкостями имеют разные значения характеристических частот. Типы батарей FIAMM 12ЦШВ160 и FIAMM 20720 упомянутые выше, являются «крайними» (максимальной и минимальной емкости соответственно) во всей выборке исследуемых батарей[3]. Можно предположить, что батареи с емкостями промежуточных значений (между 7,2 и 160 Ач) обладают промежуточными значениями характеристических частот (между ~100 и 700 Гц).
Рис.1. Частотная характеристика реактивного сопротивления АБ типа FIAMM 20720
Рассмотрим график распределения свинцово-кислотных АБ напряжением 12 В типа
FIAMM 20720 C20 = 7,2 Ач, Panasonic 3819 C20 = 35 Ач, Panasonic 5524 C20 = 45 Ач, Panasonic 7523 C20 = 65 Ач, Panasonic 10530 C20 = 90 Ач и FIAMM 12UMTB160 C20 =160 Ач (рис.3). Значения характеристической частоты измерены на батареях в заряженном состоянии. Именно в этом состоянии батарея содержит заряд максимально близкий к величине С20. Характеристическая частота вычислялась способом,
Сго,Ач
160140 120100 8060 -40 20
Тип батареи
♦ FIAMM 20720 (7,2Ач) + Panasonic 38В19 (35Ач) A Panasonic 55В24 (45Ач) X Panasonic 75D23 (65Ач) Я Panasonic 105D30 (90Ач)
• FIAMM 12UMTB160 (160Ач) Аппроксимирующая функция
-I-1-1-1-1-1-1-1-.-1-1-1-1-1-*
0 100 200 300 400 500 600 700 Р™*, ГЧ
Рис. 2. Зависимость номинальной емкости С20 от характеристической частоты Гяе1 для АБ разного типа
Результаты. Распределение батарей на рис. 2. подчиняется некоторой функции. Методом наименьших квадратов получено уравнение, максимально точно описывающее распределение батарей
С =
С20
/
1 - a F
1 a31 REZ
b F
b31 REZ
(1.1)
где аз = -0,002, Ьз = 0,001. График функции (1.1) приведен на рис. 2. (аппроксимирующая функция). Статистическая ошибка подбора составила 14,328 Гц.
В диапазоне характеристических частот ~300-750 мОм функция (2.25) на рис. 2. изменяется медленно. Сравнительно небольшому изменению емкости АС20 = 10 Ач (от 10 до 20 Ач) соответствует довольно большое изменение характеристической частоты АГшг = 224,193 Гц. В диапазоне характеристических частот 50-100 Гц аппроксимирующая функция довольно быстро убывает. Такому же изменению емкости АС20 = 10 Ач (от 100 до 110 Ач) соответствует небольшое
42
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 2 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 2 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 2 | 2024 год
изменение частоты A Frez = 5,459 Гц. При вычислении номинальной емкости С20, превышающей 100 Ач, погрешности, допущенные при вычислении характеристической частоты Frez, усиливаются в несколько раз и отражаются на результатах вычисления С20. Для АБ типа FIAMM 12UMTB160 (C20 =160 Ач) среднее значение ошибки AC20сред составило 18,168 Ач при стандартном отклонении Sac20 = 7,521 Ач (табл. 1). При вычислении емкости С20, попадающей в диапазон до 20 Ач, погрешности вычисления частоты Frez ослабляются и вносят минимальные ошибки в результат вычисления. Для АБ типа FIAMM 20720 (C20 = 7,2 Ач) среднее значение ошибки AC20сред = 0,0002 Ач, а стандартное отклонение Sac20 = 0,120 Ач (табл. 1). В промежуточном диапазоне емкостей 20-100 Ач функция (11) изменяется сравнительно равномерно. Однако результаты вычисления C20 для батарей в этом диапазоне емкостей имеют неравномерный характер. Так средняя ошибка для АБ типа Panasonic 5524 (C20 = 45Ач) АС20сред = -7,105Ач при стандартном отклонении Sac20 = 7,921Ач. В свою очередь ошибка АС20сред для батареи типа Panasonic 7523 С20 = 65 Ач составила 0,556Ач при стандартном отклонении Sac20 = 6,139 Ач (табл. 1).
Средняя ошибка для АБ типа Panasonic 10530 (С20 = 90 Ач) АС20сред = 9,236 Ач несколько больше, что объясняется близостью к границе емкостей в 100 Ач. Стандартное отклонение Sac20 для этого типа батарей составило 3,395 Ач (табл. 1).
Таким образом, уравнение (1.1) позволяет прогнозировать номинальную емкость батарей различных типов по значению их характеристической частоты. Однако необходимо учитывать, что при использовании этого выражения для диагностирования батарей с емкостью превышающей 100 Ач точность определения C20 снижается.
Таблица 1.
Тип АБ № AB Заявленная номинальная емкость Сл. йл. Вычисленная номинальная емкость Ошнока А Сю, Среднее значение ошн&ки Стандартное отклонение Sjc;o. Аз.
20720 12 7.200 7.062 0,133 0.0002 0,120
20720 13 7.200 7.390 -ОД 90
20720 14 7.200 7.195 0.005
20720 15 7.200 7.202 -0.002
20720 16 7.200 7,150 0.050
3819 16 35 37.399 -2.399 -3.3 S5 1,462
3819 17 35 3S.760 -3.760
3819 19 35 36.SS4 -1.884
3819 21 35 40.656 -5.656
3819 22 35 3S.226 -3.226
5524 41 45 56.1S2 -11,182 -7.105 7,921
5524 43 45 54.691 -9.691
5524 45 45 53.270 -8.270
5524 53 45 5S.0S3 -13.083
5524 60 45 3S.301 6.699
7523 12 65 60.130 4.870 0.556 6,139
7523 17 <55 73.6S4 -8.684
7523 19 65 67.135 -2.135
7523 21 65 58.343 6.657
7523 24 65 62.929 2.071
10530 9 90 S4.S1S 5.182 9.236 3,354
10530 12 90 76.637 13,363
10530 14 90 S3.019 6.981
10530 15 90 81.102 8.898
10530 20 90 7S.246 11.754
12160 98 160 136.514 23.486 18,168 7,521
12160 99 160 147.150 12.850
Рассмотрим график распределения батарей в зависимости от резервной емкости Cr и характеристической частоты (рис.3). На графике приведены значения свинцово-кислотных АБ напряжением 12 В типа FIAMM 20720 C20 = 7,2 Ач, Panasonic 3819 C20 = 35 Ач, Panasonic 5524 C20 = 45 Ач, Panasonic 7523 C20 = 65 Ач, Panasonic 10530 C20 = 90 Ач и FIAMM 12UMTB160 C20 =160 Ач. Характеристическая частота вычислялась способом, из данных измеренных на батареях в частично разряженном состоянии (после хранения).
•
- ■
- < ■ % <
■ .....
О 100 200 300 400 500 600 700 Ргег, Гц
Рис.3. Зависимость резервной емкости Ск от характеристической частоты Гяе1 для АБ разного типа
43
Тип батареи
♦ FIAMM 20720 (7,2Ач) + Panasonic 38В19 (35Ач) A Panasonic 55В24 (45Ач) X Panasonic 75D23 (65Ач) Я Panasonic 105D30 (90Ач)
• FIAMM 12UMTB160 (160Ач) Аппроксимирующая функция
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 2 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 2 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 2 | 2024 год
Методом наименьших квадратов получено уравнение, максимально точно описывающее распределение батарей
CR = exp
1 + a4 ' F rez
b ■ F
b4 1 rez
(2.2)
где а4 = -0,006 и Ь4 = 0,003 - коэффициенты алгебраического уравнения (2.2).
График функции (2.2) приведен на рис. 3 (аппроксимирующая функция). Статистическая ошибка подбора составила 41,923 Гц.
Для АБ с высокой характеристической частотой в диапазоне 300-750 Гц функция (2.2) изменяется медленно с ростом частоты. Изменению емкости АСя = 20 мин. (от 13 до 33 мин.) соответствует достаточно большое изменение характеристической частоты АГшг = 515,293 Гц. В диапазоне частот ¥ш2 50-120 Гц аппроксимирующая функция изменяется медленно и такому же изменению емкости АСк = 30 Ач (от 120 до 150 мин.) соответствует небольшое изменение частоты АРшх = 10,175 Гц. А значит, при вычислении номинальной емкости С я, превышающей 120 мин., погрешность, допущенная при вычислении характеристической частоты ¥яе2, усилится в несколько раз и отразится на результатах вычисления Ся.
Табшша 2,
Тип АБ № AB Заявленная номинальная емкость Сн, ынн. Вычисленная номинальная емкость Снищ, мнн. Ошибка ДСл. мнн. Среднее значение ошибки AOîcp&i- М1Ш Стандартное отклонение шн
20720 12 15.800 13.202 0.598 0.508 0,505
20720 13 15.000 14.387 0,613
20720 14 14.200 13.793 0.407
20720 15 14.700 13.S2S 0.872
20720 16 14.500 14.450 0.050
3819 16 30.160 59.173 -29.013 -12.3S0 9,571
5819 19 27.290 34.948 -7.658
5819 20 27.310 33.059 -5.749
5819 21 28.210 35.765 -7.555
5819 22 17.110 29.033 -11.923
5524 41 41.580 51.176 -9.796 -11.929 6,565
5:24 43 44.060 57.900 -13.840
5524 45 44.080 50.257 -6.177
5524 53 43.050 50.791 -7.741
5524 60 45.590 65.479 -22.089
7:23 12 66.070 60.SS4 5.186 2.971 13,245
7525 14 59.050 65.928 -6.898
7525 16 48.080 62.219 -14.139
7525 IS 61.160 46.052 15.108
7525 20 67.160 51.564 15.596
10550 9 95.190 67.156 26.054 54.212 10,550
10550 12 94.380 69.915 24.465
10530 14 117.550 77.946 39.404
10550 20 120.240 70.294 49.946
10550 21 111.560 80.168 31.192
12160 1 300.490 221.750 78.740 -159.332 282.192
12160 2 282.070 196.411 85.659
12160 98 363.260 711.567 -348.307
12160 99 241.120 694.559 -453.419
Заключение. Так для АБ типа FIAMM 12UMTB160 (C20 =160 Ач, Cr ~ 300 мин.) среднее значение ошибки вычисления резервной емкости ACRcped составило -159,332 Ач при стандартном отклонении SACr = 282,192 мин. (табл. 2). При вычислении емкости С20, попадающей в диапазон до 30 мин., погрешности вычисления частоты FREZ ослабляются и вносят минимальные ошибки в результат вычисления. Для АБ типа FIAMM 20720 (C20 = 7,2 Ач) среднее значение ошибки ACRcped = 0,508 мин., а стандартное отклонение Sacv = 0,305 мин. (табл. 2). В промежуточном диапазоне емкостей 30-120 мин. функция (2.2) изменяется сравнительно равномерно. Однако результаты вычисления Cr для батарей в этом диапазоне емкостей имеют неравномерный характер. Так средняя ошибка для АБ типа Panasonic 5524 (C20 = 45Ач) ACRcped = -11,929 мин. при стандартном отклонении SACr = 6,365 мин.
Таким образом, уравнение (2.2) позволяет прогнозировать номинальную емкость батарей различных типов по значению их характеристической частоты. Однако необходимо учитывать, что при использовании этого выражения для диагностирования батарей с
44
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 2 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 2 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 2 | 2024 год
емкостью превышающей 100 Ач точность определения C20 снижается.
Список литературы.
1. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. В 2 ч. Ч. 1. / Л. А. Бессонов. - 9-е изд. - М. : Высшая школа, 1996. - 638 с.
2. Чупин, Д.П. Влияние измерительных щупов на результаты измерений внутреннего сопротивления аккумуляторных батарей / Д.П. Чупин // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность! : материалы V Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием : в 3 кн. / [отв. ред. А.В. Косых]. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2013. -С.247-250.
3. Чупин Д.П. Система диагностики аккумуляторных батарей на базе звуковой карты ПК / Д.П. Чупин, А.А. Чепель // Измерение, контроль, информатизация: Материалы XIV Международной науч.-техн. конф. Т. 1./ под. ред. Л.И. Сучковой. -Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2013. - С.128-130.
4. AD654: Low Cost Monolithic Voltage-to-Frequency Converter Data Sheet (Rev C, 07/2013) // Analog Devices, Inc. 2013. - 12с. [Электронный ресурс]. URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD654.pdf (Дата обращения: 19.07.2014)
45
