Метод определения емкости аккумуляторных батарей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.355.2 Д. П. Чупин

Омский государственный технический университет, г. Омск

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕМКОСТИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Сегодня аккумуляторы и аккумуляторные батареи (АБ) широко применяются в различных сферах нашей жизни. Они используются как стартерные батареи в автотранспорте, источники бесперебойного питания, источники питания портативных устройств. В любой сфере применения АБ немаловажно иметь оперативную информацию о ее состоянии.

Для качественного измерения параметров АБ и последующей ее диагностики необходимо знание электрической эквивалентной схемы АБ.

В [1] был предложен вариант эквивалентной схема АБ (рис. 1).

Рис. 1. Электрическая эквивалентная схема АБ

Она содержит: Е0 - э.д.с. АБ; Я0 -активное сопротивление АБ; С0 - собственная емкость АБ; - сопротивление проводников и контактов; ЯУ - сопротивление утечки; Ск -

выходная емкость АБ (емкость между полюсами); Ь0 - индуктивность, учитывающая свойства электрохимической системы и соединительных шин АБ; 81, 82 - выводы АБ.

Так как влияние элементов Я^, ЯУ и Ск пренебрежимо мало, эквивалентную схему (рис. 1) можно упростить до схемы соответствующей последовательному колебательному контуру (рис. 2).

Рис. 2 Упрощенная эквивалентная схема АБ 342

Согласно [2] из коэффициентов а и Ь алгебраического уравнения

Я = аР + Ь

X

Р

где Ях - реактивное сопротивление АБ, Б - частота, на которой измерено Ях, можно выразить значения Ь0 и С0

L

2п

— — 2яй

(2)

В ходе исследований опытным путем были получены значения реактивных сопротивлений нескольких АБ измеренные, на разных частотах тестового сигнала. Зависимости реактивного сопротивления от частоты аппроксимировались к уравнению (1). Подставляя полученные в результате аппроксимации коэффициенты уравнения в выражения (2) мы получили значения индуктивностей и емкостей каждой батареи. На основании этих данных была построена зависимость собственной емкости АБ С0 от ее заявленной емкости С20 рис. 3 и зависимость собственной индуктивности АБ L0 от ее заявленной емкости С20 рис. 4.

С20(С)

Rank 1 Eqn 55 y"1=a+blnx r2=0.96345928 DF Adj r2=0.96064845 FitStdErr=0.53165424 Fstat=711.9016

a=1 9946493 b=-0.37230832

0 50 100 150

С20, АИ

Рис. 3. Зависимость собственной емкости АБ от ее заявленной емкости

C20(L)

Rank 1 Eqn 13 y=a+blnx r2=0.6919873 DF Adj r2=0.66829402 FitStdErr=0.10927606 Fstat=60.658723

a=1.6756171 b=-0.16494849

1.5

1.4

1.3

1.2

I

E 1.1

_T

1

0.9

0.8

0.7

\\\

\V4

:

-

— —

'

0 50 100 150

1.5

1.4

1.3

1.2

X 1.1 ^ _f

1

-0.9

0.8

-0.7

C20, Ah

Рис. 4. Зависимость индуктивности АБ от ее заявленной емкости

Кроме того замерялась резервная емкость Rc (в минутах) каждой АБ. На рис. 5 представлена зависимость резервной емкости Rc АБ от ее собственной емкости Rc.

Rc(C)

Rank 1 Eqn 63 y'1=a+be'x r2=0.93648749 DF Adj r2=0.93160191 FitStdErr=23.928554 Fstat=398.11308

a=0.0031520529 b=0.093763605

400

о

DC

350

300

250

200 4

150

100

50

0

у-

--

•

7"^

- * ■

0 L 8

400

350

300

250

с

Е

200

о'

ОС

150

100

50

0

C, mF

Рис. 5. Зависимость резервной емкости АБ от ее собственной емкости

Измерения проводились с помощью анализатора АБ, разработанного и изготовленного в фирме ООО «Алекто-Электроникс» (г. Омск). Исследовались свинцово-кислотные АБ напряжением 12В с емкостями С20 7,2Ач (7 шт.), 35Ач (6 шт.), 45Ач (16 шт.), 65Ач (17 шт.),

344

90 Ач (8 шт.) и 160 Ач (4 шт.). Измерения проводились на частотах тестового сигнала в диапазонах от 20 до 250 Гц с шагом 5 Гц и от 500 до 1000 Гц с шагом 50 Гц.

Резервная емкость измерялась путем разряда АБ до напряжения 10,5 В фиксированным током 25 А с точностью до 1 секунды.

Из представленных выше данных можно сделать вывод о том, что собственная емкость и индуктивность АБ имеют некоторые функциональные зависимости от заявленной емкости батарей (рис. 3, 4), а значит, есть возможность косвенного вычисления заявленной емкости

С20. Также согласно рис. 5 существует функциональная зависимость резервной емкости Яе АБ от ее собственной емкости С0, что также позволяет оперативно прогнозировать текущий энергетический запас батареи.

Материалы исследования получены в рамках выполнения государственного контракта № 16.516.11.6091 по теме: «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области разработки и создания оборудования для диагностики и эксплуатации энергетического оборудования».

Библиографический список

1. Чупин, Д. П. Резонансный метод измерения внутреннего сопротивления аккумуляторных батарей [Текст] / Д. П. Чупин // Электроэнергетика и приборостроение : современное состояние, перспективы развития и подготовка кадров : материалы Междун. науч.-практ. конф. / СКГУ им. М. Козыбаева. - Петропавловск, 2011. - Т. 1. - С. 61-63.

2. Чупин, Д. П. Метод оценки параметров аккумуляторных батарей [Текст] / Д. П. Чупин // Наука, образование, бизнес : материалы Всерос. науч.- практ. конф. ученых, преподавателей, аспирантов, студентов, специалистов промышленности и связи, посвящ. 15-летию ИРСИД. - Омск, 2012. - С. 205-207.