ПОТЕНЦИОСТАТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ АККУМУЛЯТОРОВ С ПОНИЖЕННОЙ ЕМКОСТЬЮ В БАТАРЕЕ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
POTENTIOSTATIC METHOD FOR IDENTIFICATION OF ACCUMULATORS WITH LOWER CAPACITY WITHIN NICKEL-CADMIUM ACCUMULATOR BATTERY

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам диагностики химических источников тока.
Известно, что самый некачественный аккумулятор ограничивает емкость всей аккумуляторной батареи. Для восстановления емкости батареи надо или заменить некачественный аккумулятор на новый, или восстановить емкость некачественного аккумулятора специальными методами.
Известен способ определения работоспособности никель-кадмиевой аккумуляторной батареи (заявка №93021762/07, G01R 31/36 от 26.04.1993 г.) путем измерения тока и напряжения в процессе ее эксплуатации. По результатам измерения зарядных и разрядных характеристик определяют параметры математических моделей аккумуляторов и оценивают работоспособность и остаточную емкость. Однако на осуществление этого способа требуется несколько часов, быстрый оперативный контроль невозможен.
Наиболее близким по технической сущности является способ выявления аккумуляторов с наименьшей емкостью для негерметичных аккумуляторов никель-кадмиевых батарей (положительное решение по заявке №2009117037/28(023401) от 04.05.2009 г.), по которому на каждый аккумулятор подают зарядное напряжение на 0,05-0,50 B, превышающее напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) или зарядное буферное напряжение, а затем производят сравнение зарядных токов аккумуляторов.
Однако этот способ затруднен для применения в батареях, используемых в качестве источника бесперебойного электропитания, так как для измерения тока необходимо разрывать электрическую цепь для включения амперметра. Кроме того, на время подключения амперметра и измерения тока источник бесперебойного питания перестает выполнять свое функциональное назначение - он уже не является бесперебойным источником.
Перед авторами стояла задача упрощения диагностики состояния отдельных негерметичных никель-кадмиевых аккумуляторов, собранных в батарею, без их даже кратковременного отключения от батареи и потребителя. Эта задача решена тем, что на полностью заряженную батарею кратковременно в течение 30-90 с подают потенциостатическое зарядное напряжение на 0,05-0,50 B, превышающее зарядное буферное напряжение, и измеряют установившееся напряжение замкнутой цепи (НЗЦ) на каждом аккумуляторе. После этого проводят сравнение установившихся значений НЗЦ. Аккумуляторы с наибольшими значениями НЗЦ будут иметь наименьшую емкость и ограничивать емкость всей батареи.
Отличительная особенность метода состоит в том, что диагностику проводят на батарее, находящейся в полностью заряженном состоянии. Подобный метод диагностики гораздо легче реализовать на практике в реальных условиях, так как измерять напряжение технически проще, чем ток, при этом не надо отключать потребителей от СБЭ, разрывать цепь и включать амперметр для измерения тока.
Оценка состояния аккумуляторов важна для батарей, много лет эксплуатирующихся в качестве источника тока постоянной готовности в системах бесперебойного электропитания (СБЭ) и находящихся в условиях постоянной подзарядки - в буферном режиме. Предлагаемый нами способ позволяет оперативно, практически в течение минуты найти аккумуляторы с пониженной емкостью, не отключая батарею от СБЭ, и при необходимости вовремя провести предупреждающие профилактические мероприятия.
Была продиагностирована батарея из 10 негерметичных никель-кадмиевых аккумуляторов SLP 12 фирмы SAFT, которые находились на объектах ООО «Астраханьгазпром» и работали более двадцати лет в буферном режиме при напряжении 1,40 B из расчета на один аккумулятор. В начале эксплуатации аккумуляторы имели номинальную емкость 120 А·ч, после 20 лет эксплуатации их емкость снизилась до 10-50 А·ч. После буферного заряда на батарею сразу подали потенциостатическое зарядное напряжение 14,5 B, т.е на 0,50 B превышающее буферное зарядное напряжение, и измерили значения НЗЦ каждого аккумулятора через 40 секунд после начала заряда. Результаты измерений представлены в таблице. После этого сравнили между собой напряжения каждого аккумулятора.
№ Аккумулятора
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
НЗЦ аккумулятора при потенциостатическом заряде 14,5 B
1,408
1,406
1,410
1,408
1,390
1,387
1,385
1,383
1,398
1,382
Разрядная емкость, А·ч
12
14
14
12
16
22
25
33
22
40
Было установлено, что 4 аккумулятора с разрядной емкостью 12-14 А·ч имели НЗЦ в пределах 1,408-1,410 B. У аккумуляторов с разрядной емкостью от 22 до 40 А·ч значения НЗЦ были в пределах 1,382-1,398 B.
Таким способом были выявлены в аккумуляторной батарее аккумуляторы №1 и №2, имеющие наибольшее зарядное напряжение, а им соответствовали аккумуляторы с наименьшей емкостью. Время, затраченное на диагностику, составило меньше минуты. При таком методе можно диагностировать батареи с любым количеством аккумуляторов, не отключая их от работающего производственного оборудования и других потребителей.
При времени диагностики менее 30 с могут получаться недостоверные результаты, а более 90 с - теряется оперативность способа.
Таким образом, предлагаемый нами способ позволяет быстро, не отключая от потребителей, выявить аккумуляторы с наименьшей емкостью в батарее негерметичных никель-кадмиевых аккумуляторов. Особенно удобен этот способ при выявлении аккумуляторов с наименьшей емкостью в батареях резервных источников тока (СБЭ).
Предлагаемый способ был апробирован на опытном производстве ООО HПП «ВНИКО» в системе СБЭ. Он показал эффективность и надежность. Предполагается к внедрению на предприятиях топливно-энергетического комплекса.
Проведенный патентно-информационный поиск позволяет судить о новизне, промышленной применимости и изобретательском уровне предлагаемого способа. Считаем, что описанный нами «Потенциостатический способ выявления аккумуляторов с наименьшей емкостью для негерметичных аккумуляторов никель-кадмиевых батарей» может быть признан изобретением и защищен патентом Российской Федерации.