Способ оценки технического состояния стартерных аккумуляторных батарей
Владельцы патента RU 2782959:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет» (RU)
Изобретение относится к диагностической технике и может быть использовано для диагностирования технического состояния автомобильных стартерных аккумуляторных батарей. Технический результат: возможность достоверного определения работоспособности стартерной аккумуляторной батареи с помощью оценки выходного напряжения. Сущность: измеряют напряжение на батарее до и в процессе запуска двигателя внутреннего сгорания. Определение работоспособности стартерной аккумуляторной батареи производится на основе вычисления степени функционирования с учетом текущего значения степени заряженности и температуры электролита и выдачей рекомендаций по дальнейшей эксплуатации. Степень функционирования (SOF) рассчитывается по эмпирической формуле:
где SOF - степень функционирования; - текущее значение напряжения на выводах аккумуляторной батареи, В;
- максимальное значение напряжения, соответствующее полностью заряженной аккумуляторной батареи, В; Ucr - минимальное напряжение во время запуска двигателя внутреннего сгорания, В; t - текущая температура электролита, °C; α, β, γ, δ - эмпирические коэффициенты, имеющие значения α=6, β=1.115, γ=0.035, δ=10-4. 3 ил.
Изобретение относится к диагностической технике и может быть использовано для определения технического состояния автомобильных стартерных аккумуляторных батарей.
Известен метод диагностирования аккумуляторных батарей (патент РФ на изобретение №2697404 G01R 31/36 опубл. 14.08.2019). В известном изобретении измеряют ЭДС аккумуляторной батареи (АКБ), измеряют значение тока полного торможения стартера и напряжение, потребляемое стартером, при этом размещают транспортное средство на прямой горизонтальной поверхности, затормаживают стояночным и рабочим тормозом, подкладывают под колеса противооткатные упоры, включают прямую передачу в коробке передач, включают выключатель приборов и стартера в положение пуска двигателя, по полученным результатам строят вольтамперную характеристику аккумуляторной батареи и определяют ток короткого замыкания аккумуляторной батареи, определяют внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи, по полученным результатам делают заключение о техническом состоянии диагностируемой аккумуляторной батареи.
Недостатком данного изобретения является высокая трудоемкость выполняемых работ, связанная с необходимостью проведения дополнительных подготовительных операций со всем автомобилем.
Известна система диагностирования аккумуляторных батарей (патент РФ на изобретение №2524050 G01R 31/36 опубл. 12.07.2011). В известном изобретении описывается устройство, определяющее ток и напряжение на клеммах аккумуляторной батареи. На основе модели аккумулятора устройство заранее рассчитывает ее параметры. Исходя из разницы расчетных и экспериментальных данных делается вывод о состоянии аккумуляторной батареи.
Недостатком данного изобретения является необходимость получения предварительных данных об аккумуляторной батареи.
Известна система диагностирования аккумуляторных батарей (патент US на изобретение №10,698,032 G01R 31/388 опубл. 30.06.2020). В известном изобретении описывается устройство, способное удаленно определять остаточную емкость аккумуляторной батареи. Сущность изобретения заключается в использовании двух конденсаторов, которые заряжаются при заряде аккумуляторной батареи. К конденсаторам подключены датчики напряжения. Конденсаторы поочередно заряжаются и подают сигнал на вычислительное устройство. Используя параметры зарядного устройства и величину промежутка времени между сигналами, вычисляется емкость батареи.
Недостатком данного изобретения является ограниченность применения, так как его невозможно использовать на борту автомобиля, из-за постоянных циклов заряда и разряда.
Известен метод диагностирования аккумуляторных батарей (патент РФ на изобретение №2569416 G01R 31/36 опубл. 27.11.2015). Сущность данного метода заключается в определении неравномерности распределения температуры по поверхности аккумуляторной батареи во время заданного режима тестирования. На основании данных о температуре делается вывод о исправности или неисправности аккумуляторной батареи, а также о типе дефекта.
Недостатками данного изобретения является трудоемкость процесса, а также необходимость использования дополнительного оборудования, а именно тепловизора.
Известна система диагностирования аккумуляторных батарей (патент US на изобретение №8,036,839 G01R 31/388 опубл. 11.10.2011). Данное изобретение является наиболее близким к предлагаемому. В данном изобретении описывается система способная определять степень работоспособности и степень заряженности аккумуляторной батареи во время запуска ДВС. Также учитывается зависимость от температуры окружающей среды.
К преимуществам предлагаемого нами решения можно отнести достоверное определение степени функционирования стартерной аккумуляторной батареи, учитывающее текущее значение степени заряженности и температуры электролита, простоту обработки данных, а также выдачу рекомендаций по дальнейшей эксплуатации.
Техническим результатом использования предлагаемого способа является возможность достоверного определения работоспособности стартерной аккумуляторной батареи на борту автомобиля с помощью оценки выходного напряжения.
Указанный технический результат достигается тем, что для оценки технического состояния предлагается измерять напряжение на стартерной аккумуляторной батарее до и в процессе запуска двигателя внутреннего сгорания. Для определения технического состояния предлагается вычислять степень заряженности (1) и степень функционирования (2).
Фиг. 1 График изменения напряжения аккумуляторной батареи во время запуска двигателя внутреннего сгорания
Фиг. 2 Алгоритм измерения степени заряженности и функционирования стартерной аккумуляторной батареи
Фиг. 3 Схема состояний стартерной аккумуляторной батареи
Алгоритм состоит из двух последовательных проверок. На первом этапе по формуле (1) рассчитывается степень заряженности (
, State of Charge) аккумуляторной батареи. Если SOC≥66% батарея признается заряженной и готовой ко второму этапу проверки. Если степень заряженности SOC<66%, то аккумуляторная батарея не заряжена и требует заряда.
где - степень заряженности;
- минимально допустимое напряжение аккумуляторной батареи, В;
- максимальное значение напряжения, соответствующее полностью заряженной аккумуляторной батареи, В;
- текущее значение напряжения на выводах аккумуляторной батареи, В.
По результатам эксплуатации установлено, что: 
В, 
В.
На втором этапе рассчитывается степень функционирования (SOF, State of Functional) аккумуляторной батареи по формуле (2).
где 
- степень функционирования;
- минимальное напряжение во время запуска двигателя внутреннего сгорания, В;
- текущая температура электролита, °C;
, 
, 
, 
- коэффициенты математической модели. По результатам испытаний установлено, что: 
, 
, 
, 
.
Аккумуляторная батарея требует замены, если SOF<40%, поскольку именно такое снижение остаточной емкости относительно номинальной является критерием списания аккумуляторных батарей.
Если значение степени функционирования лежит в диапазоне от 40%<SOF≤66%, то состояние аккумуляторной батареи удовлетворительное, но следует обратить внимание на тенденцию его изменения.
Таким образом, по сравнению с прототипом, заявленный способ оценки технического состояния стартерных аккумуляторных батарей повышает достоверность определения их технического состояния на основе вычисления степени функционирования с учетом текущего значения степени заряженности и температуры электролита и дает рекомендации по дальнейшей эксплуатации.
Способ оценки технического состояния стартерных аккумуляторных батарей, заключающийся в измерении напряжения на батарее до и в процессе запуска двигателя внутреннего сгорания, отличающийся возможностью определения работоспособности стартерной аккумуляторной батареи на борту автомобиля на основе вычисления степени функционирования с учетом текущего значения степени заряженности и температуры электролита и выдачей рекомендаций по дальнейшей эксплуатации, при этом, степень функционирования (SOF) рассчитывается по эмпирической формуле:
где SOF - степень функционирования;
- текущее значение напряжения на выводах аккумуляторной батареи, В;
- максимальное значение напряжения, соответствующее полностью заряженной аккумуляторной батареи, В;
Ucr - минимальное напряжение во время запуска двигателя внутреннего сгорания, В;
t - текущая температура электролита, °C;
α, β, γ, δ - эмпирические коэффициенты, имеющие значения α=6, β=1.115, γ=0.035, δ=10-4.
