Способ определения загрязнения электролита свинцового аккумулятора

 

Изобретение относится к способам эксплуатации аккумуляторов. Способ основан на увеличении скорости саморазряда аккумулятора при загрязнении электролита. Определяют саморазряд аккумулятора при 20^oC, а в качестве оценки загрязнения электролита используют отношение саморазряда аккумулятора при 20^oC, выраженного в приращении плотности электролита, полученного в процессе эксплуатации, к его первоначально зафиксированному значению в начале эксплуатации или к указанному в технических условиях на аккумулятор, но также приведенному к 20^oC и выраженному в приращении плотности электролита. Техническим результатом изобретения является упрощение технологии определения загрязнения электролита в процессе эксплуатации аккумулятора. 4 табл.

Изобретение относится к области техники измерений, конкретно к способам определения загрязнения электролита свинцового аккумулятора (СА).

Известен способ определения загрязнения электролита путем проведения химанализа в лаборатории. Основным недостатком этого способа является его достаточная сложность, вследствие чего он может выполняться только в специальных химических лабораториях, имеющих квалифицированный персонал и опыт выполнения таких анализов (Л.1, с.106), а также невозможность постоянно контролировать загрязнение электролита в процессе эксплуатации СА.

Целью изобретения является упростить определение загрязнения электролита СА и обеспечить выполнение этой операции в процессе эксплуатации СА без отбора пробы электролита и ее анализа в специальной химической лаборатории, что в определенных условиях эксплуатации аккумуляторов, например, в судовых условиях не всегда может быть выполнено, поскольку суда могут быть в длительном отрыве от баз, где имеются такие лаборатории.

Сущность изобретения состоит в том, что с целью определения загрязнения электролита СА в процессе эксплуатации без отбора проб электролита и их анализа в специальной химической лаборатории в начале эксплуатации после заряда СА и стоянки его без тока в течение двух и более суток в конце каждых суток стоянки СА без тока после заряда измеряют ЭДС СА и измеряют в начале и в конце каждых суток стоянки СА без тока после заряда температуру электролита, находящегося над блоком пластин аккумулятора, и определяют температуру электролита внутри блока пластин СА по предварительно установленной зависимости температуры электролита внутри блока пластин от температуры электролита над блоком пластин СА и продолжительности стоянки аккумулятора без тока после заряда, а также вычисляют среднюю температуру электролита внутри блока пластин СА за первые истекшие сутки стоянки СА без тока после заряда и среднюю температуру внутри блока пластин за все количество истекших суток стоянки СА без тока после заряда, в конце каждых суток стоянки СА без тока после заряда по измеренной ЭДС и температуре электролита внутри блока пластин СА вычисляют установившуюся ЭДС при 25^oC на то же время по известной формуле (2), используя известную зависимость плотности электролита СА при 25^oC от его установившейся ЭДС при 25^oC (Л.3, с.81 и Л.2), определяют плотность электролита при 25^oC на конец каждых суток стоянки СА без тока после заряда, используя полученные данные, начиная со вторых суток стоянки СА без тока после заряда, вычисляют средний саморазряд СА, выраженный в приращении плотности электролита, при средней температуре электролита внутри блока пластин СА за истекшее количество суток стоянки СА без тока после заряда по формуле (3), приводят полученный в начале эксплуатации СА средний самозаряд к температуре 20^oC по формуле (4) и фиксируют его, а в качестве оценки загрязнения электролита СА в процессе эксплуатации используют отношение полученного в дальнейшем при эксплуатации среднего самозаряда при 20^oC, выраженного в приращении плотности электролита, к зафиксированному его значению в начале эксплуатации, в случае же необходимости оценки загрязнения электролита нового СА в сравнении с допустимым для новых СА значением, определяемым приводимыми в технических условиях данными по саморазряду новых аккумуляторов соответствующего типа, пересчитывают указываемый в технических условиях допустимый саморазряд для новых СА в процентах от номинальной емкости аккумулятора на саморазряд, выраженный в приращении плотности электролита при 20^oC, для чего умножают указанный в технических условиях процент саморазряда на номинальную емкость СА и делят на сто, затем полученное таким образом значение саморазряда в ампер-часах пересчитывают по формуле (5) на саморазряд СА, выраженный в приращении плотности электролита, который приводят к температуре 20^oC по формуле (4), если в технических условиях саморазряд указан для температуры, отличной от 20^oC, при этом полученный саморазряд, выраженный в приращении плотности электролита при 20^oC, фиксируют и для оценки загрязнения нового СА в сравнении с допустимым значением для новых аккумуляторов, полученным по данным технических условий на саморазряд, используют отношение саморазряда, зафиксированного в начале эксплуатации после стоянки СА без тока после заряда более двух суток, к зафиксированному саморазряду, полученному по данным технических условий.

Таким образом определяют загрязнение электролита без анализа проб электролита в специальной химической лаборатории. Это позволяет оперативно принимать меры по уменьшению загрязнения электролита аккумулятора.

Предложение соответствует критерию "существенные отличия", т.к. из известного Перечня информации, установленного нормативным документом (п.127 ЭЗ-1-74) технические решения с признаками, подобными заявленным, не обнаружены.

Для определения загрязнения электролита СА в процессе эксплуатации в начале эксплуатации после заряда СА и стоянки его без тока в течение двух и более суток в конце каждых суток стоянки аккумулятора без тока после заряда измеряют ЭДС СА и измеряют в начале и конце каждых суток стоянки аккумулятора без тока после заряда температуру электролита, находящегося над блоком пластин аккумулятора, и определяют соответствующую каждой из этих измеренных температур электролита над блоком пластин СА температуру электролита внутри блока пластин СА по предварительно установленной зависимости температуры электролита над блоком пластин СА и продолжительности стоянки аккумулятора без тока после заряда. Такая зависимость для аккумуляторов большой емкости приведена в таблице 1. Вычисляют также среднюю температуру электролита внутри блока пластин СА за первые истекшие сутки стоянки СА без тока после заряда, суммируя и деля на два полученные значения температуры электролита внутри блока пластин на начало и конец первых суток стоянки СА без тока после заряда, и среднюю температуру электролита внутри блока пластин СА за m истекших суток стоянки аккумулятора без тока после заряда по формуле где m ≥ 2 - порядковый номер последних истекших суток стоянки СА без тока после заряда; τ_m - температура электролита внутри блока пластин на конец m-ых суток стоянки СА без тока после заряда, ^oC; τ_cp(m-1) - средняя температура электролита внутри блока пластин СА за (m-1) истекшие сутки стоянки СА без тока после заряда.

По измеренной ЭДС и температуре электролита внутри блока пластин СА в конце каждых суток стоянки СА без тока после заряда вычисляют установившуюся ЭДС аккумулятора при 25^oC на то же время по известной формуле (Л.3) где Е - измеренная ЭДС СА на конец соответствующих суток стоянки СА без тока после заряда, В; Е_о= 2.041+0.00136·( τ -25) - стандартная ЭДС СА при температуре электролита τ ^oC, В; τ - температура электролита внутри блока пластин СА, ^oC; F = 96484,93 Кл^-1 моль^-1 - постоянная Фарадея;
R = 8,3144 Дж К^-1 моль^-1 - универсальная газовая постоянная;
Т = τ + 273 - абсолютная температура электролита внутри блока пластин СА, ^oК;
Р - коэффициент, характеризующий изменение активности серной кислоты в электролите соответствующей плотности при изменении температуры на 1^oC (для СА с номинальной плотностью электролита выше 1,300 г/см³ равен 0,98);
g - коэффициент, характеризующий изменение активности воды в растворе серной кислоты соответствующей плотности при изменении температуры на 1^oC (для СА с номинальной плотностью электролита выше 1,300 г/см³ равен 0,9979).

По ЭДС Е₂₅, используя зависимость d²⁵=f(E₂₅), приведенную в таблице 2 (Л.3, с.81 и Л.2), определяют плотность электролита при 25^oC на конец каждых суток стоянки СА без тока после заряда.

Начиная со вторых суток стоянки СА без тока после заряда, вычисляют средний саморазряд СА при температуре τ_cpm, выраженный в приращении плотности электролита по известной формуле (Л.2)

где - приращение плотности электролита (саморазряд СА) за вторые,..., m-ые сутки стоянки СА без тока после заряда, кг/л (г/см³);
- плотность электролита при 25^oC на конец первых,..., m-ых суток стоянки СА без тока после заряда, кг/л (г/см³);
m - число суток стоянки СА без тока после заряда.

Известно, что загрязнение электролита увеличивает саморазряд СА. Именно такое загрязнение, которое увеличивает саморазряд, т.е. влияет на характеристики аккумулятора, и интересует обслуживающий персонал. Саморазряд зависит еще от температуры и концентрации электролита. С ростом температуры и концентрации электролита саморазряд увеличивается (Л.4, с. 169). В Л.5, с. 175 показано, что саморазряд СА в диапазоне температур от 20 до 70^oC увеличивается вдвое на каждые 10^oC увеличения температуры. Эта количественная зависимость саморазряда от температуры позволяет приводить средний саморазряд, полученный для температуры τ_cpm, для сравнения к определенной температуре, например к 20^oC, по формуле



Влиянием на саморазряд концентрации электролита можно пренебречь, поскольку саморазряд определяется после полного заряда аккумулятора, когда при соблюдении установленных правил эксплуатации в части поддержания уровня и плотности электролита СА в заряженном состоянии, изменения концентрации электролита незначительны. Поэтому средний саморазряд, полученный по формуле (3) в начале эксплуатации СА, приводят к температуре 20^oC по формуле (4) и полученное значение фиксируется.

В технических условиях (ТУ) на соответствующий тип аккумулятора средний саморазряд обычно указывают в процентах от номинальной емкости аккумулятора, поэтому для сравнения саморазряда с саморазрядом, указанным в ТУ, последний также выражают в приращении плотности электролита. Для этого определяют средний саморазряд в ампер-часах по данным ТУ ΔC_cpту , умножая указанный в ТУ процент саморазряда на номинальную емкость СА и деля на сто. Затем от ΔC_cpту переходят к среднему саморазряду в приращении плотности электролита Δd_cpту по формуле (Л.2)

где М_н - масса электролита полностью заряженного СА при номинальном уровне электролита (приводится в ТУ на аккумулятор), кг;
P_н - массовый процент серной кислоты в электролите при номинальной плотности электролита заряженного СА (определяется по известной зависимости = f(P), Л. 6, с. 522, приведенной в таблице 3, а пересчет плотности электролита при t^oC на плотность электролита при 20^oC осуществляется с использованием температурной поправки плотности , Л. 7, с.405, приведенной в таблице 4).

Если саморазряд в ТУ приводится для температуры 20^oC, то полученное по формуле (5) значение фиксируют. В противном случае полученное значение Δd_срту приводят к температуре 20^oC по формуле (4) и вычисленное после этого значение фиксируют.

В процессе эксплуатации по окончании очередной стоянки СА без тока после заряда определяют средний саморазряд аккумулятора при 20^oC , как указано выше, и вычисляют отношение

которое характеризует загрязнение электролита в процессе эксплуатации.

А для оценки загрязнения электролита нового СА в сравнении с допустимым значением для новых аккумуляторов, полученным по данным ТУ на саморазряд, используют отношение

Предложенный способ определения загрязнения электролита СА может быть реализован с помощью "Системы диагностирования свинцовой аккумуляторной батареи" (Л.8)
Литература:
1. Устинов П.И. Обслуживание стационарных свинцово-кислотных аккумуляторов. М., "Энергия", 1974.

2. Патент РФ N 2050645. Способ определения плотности электролита свинцового аккумулятора. Опубл. 20.12.95, Бюл.35.

3. Дасоян М.А. Химические источники тока. Л.,"Энергия", 1969.

4. Варипаев В. Н. , Дасоян М.А., Никольский В.А. Химические источники тока. М., "Высшая школа", 1990.

5. Кромптон Т. Вторичные источники тока. М., "Мир", 1985.

6. Справочник химика. - т.3, М-Л., "Химия", 1964.

7. Краткий справочник химика. Перельмана В.И., М., ГНТИ химической литературы, 1963.

8. А. с. N 1783479 СССР. Система диагностирования свинцовой аккумуляторной батареи. Опубл. 23.12.92, Бюл. 47.

Формула изобретения

Способ определения загрязнения электролита свинцового аккумулятора, отличающийся тем, что в начале эксплуатации после заряда аккумулятора и стоянки его без тока в течение двух и более суток в конце каждых суток стоянки аккумулятора без тока после заряда измеряют ЭДС аккумулятора и измеряют в начале и конце каждых суток стоянки аккумулятора без тока после заряда температуру электролита, находящегося над блоком пластин аккумулятора, и определяют температуру внутри блока пластин аккумулятора по предварительно установленной зависимости температуры электролита внутри блока пластин от температуры электролита над блоком пластин аккумулятора и продолжительности стоянки аккумулятора без тока после заряда, а также вычисляют среднюю температуру электролита внутри блока пластин аккумулятора за первые истекшие сутки стоянки аккумулятора без тока после заряда и среднюю температуру электролита внутри блока пластин за все количество истекших суток стоянки аккумулятора без тока после заряда, по измеренной ЭДС и температуре электролита внутри блока пластин аккумулятора в конце каждых суток стоянки аккумулятора без тока после заряда вычисляют установившуюся ЭДС аккумулятора при 25^oC на то же время, вычисляют плотность электролита при 25^oC по установившейся ЭДС при температуре электролита 25^oC на конец каждых суток стоянки аккумулятора без тока после заряда, начиная со вторых суток стоянки аккумулятора без тока после заряда, вычисляют средний саморазряд аккумулятора, выраженный в приращении плотности электролита, при средней температуре электролита внутри блока пластин аккумулятора за истекшее количество суток стоянки аккумулятора без тока после заряда, этот средний саморазряд приводят к 20^oC и его значение, полученное в начале эксплуатации, фиксируют, а в качестве оценки загрязнения электролита аккумулятора в процессе эксплуатации используют отношение его среднего саморазряда при 20^oC, полученного при эксплуатации по изложенному выше алгоритму и выраженного в приращении плотности электролита аккумулятора, к зафиксированному значению среднего саморазряда при 20^oC, выраженному в приращении плотности электролита, на начало эксплуатации, а в случае необходимости оценки загрязнения электролита нового аккумулятора в сравнении с допустимым для новых аккумуляторов значением пересчитывают допустимый саморазряд для новых аккумуляторов, который обычно указывается для температуры 20^oC в процентах от номинальной емкости аккумулятора, на саморазряд, выраженный в приращении плотности электролита при 20^oC, для чего умножают допустимый саморазряд для новых аккумуляторов на номинальную емкость аккумулятора и делят на сто, затем полученным таким образом саморазряд в ампер-часах пересчитывают на саморазряд аккумулятора, выраженный в приращении плотности электролита, который приводят к температуре 20^oC, если допустимый саморазряд для новых аккумуляторов указан для температуры, отличной от 20^oC, и его фиксируют, а для оценки загрязнения нового аккумулятора в сравнении с допустимым значением для новых аккумуляторов используют отношение саморазряда, зафиксированного в начале эксплуатации после стоянки аккумулятора без тока более двух суток, к зафиксированному значению саморазряда для новых аккумуляторов данного типа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2