Оценка состояния свинцового кислотного аккумулятора. Опции

[kv_addr]

Имеется оборудование связи, работающее от сетевого источника питания ~220/=12,6В с буферным аккумулятором 12,6В 12А*ч. По сути - ИБП.

При наличии сетевого напряжения, оборудование работает от БП, кроме того от БП производится зарядка и поддерживание номинального напряжения аккумулятора.

В отсутствие сетевого напряжения, оборудование работает от аккумулятора. Емкости аккумулятора хватает на несколько часов работы в штатном режиме. Пропадание сетевого напряжения обычно не превосходит это время, но бывают случаи, когда сеть пропадает на более длительные промежутки времени.

Стоит задача дистанционного мониторинга состояния аккумулятора.

Первое, что необходимо отслеживать, это - оставшийся заряд. Если до полной разрядки аккумулятора осталось ориентировочно 20-25% заряда,
монитор должен подать сигнал через оборудование связи о том, что скоро может наступить его отключение.

Второе - слежение за старением. То есть, если емкость аккумулятора упадет до порядка 50%, либо его внутреннее сопротивление превысит какое-то определенное значение, монитор также должен об этом предупредить.

Монитор будет выполнен на микроконтроллере. Возможно измерение следующих параметров: напряжение батареи, ток (зарядный/разрядный), температура аккумулятора. Также может производиться измерение времени наработки (срок службы), суммарный отданый и суммарный полученый заряд за время службы, текущий заряд - (+) при зарядке, (-) при разрядке.

Интересуют прежде всего критерии и методы оценки текущего уровня заряда, внутреннего сопротивления и оставшейся полной емкости аккумулятора.

Если бы аккумулятор работал в циклическом режиме - полный заряд / полный разряд, оценку емкости можно было бы вести по полученным и отданным амперчасам (кулонам) с учетом коэффициента отдачи. Но аккумулятор работает в буферном режиме, преимущественно с частичным зарядом/разрядом. В этом случае оценить подобным образом его оставшийся заряд, на мой взгляд, весьма непросто.

Есть возможность ориентировочной оценки оставшегося заряда по значению напряжения аккумулятора. Причем имеются также графики зависимости емкости аккумулятора от напряжения на нём в отсутствие нагрузки. Но встречал также утверждения, что более точно оценивать лучше при нагрузке.

Оборудование работает в режиме: 90% времени - ждущий режим (потребляемый ток не более 0,25А), 10% времени - передача (потребляемый ток до 10А). Вот здесь хотелось бы выяснить все же, как лучше оценивать оставшуюся емкость по напряжению, при малом потребляемом токе, или же при большом потребляемом токе. Внятного объяснения этому пока не нашел.

Также интересует, как учитывать зависимость напряжения от температуры аккумулятора. Для режима зарядки аккумулятора даётся график. А как быть при разрядке?

Внутреннее сопротивление оценить можно по провалу напряжения при переходе с дежурного режима на передачу, либо по подскоку при обратном переходе (дельта U / дельта I). Но, опять же, как в этом случае грамотнее поступить?

Мог бы кто-нибудь, у кого есть опыт оценки состояния кислотных аккумуляторов, подсказать относительно того, как можно правильно решить поставленную задачу?

Может имеются ещё какие методы?

В литературе прямого и четкого ответа на вопросы, к сожалению, так и не нашел.

[Serg SP]

Все экспресс методы определения состояния св-кислотной АБ от лукавого. Нет 100% гарантии достоверности полученных результатов. Ну вот характерный пример. Имеется начинающаяся коррозия положительных пластин, последние начинают прорастать через сепараторы и кое-где возникает "небольшое" к.з. с отрицательными пластинами. При "частичных" разрядах (т.е. большими токами, но в течение небольшого времени) такого типа неисправность не выявляется, такую неисправность можно распознать только 100%-ным контрольным разрядом. Правда, у этого элемента в подзаряде будет больший ток и несколько меньшее соответственно напряжение. А вот такая неисправность, как коррозия мостов (флажки от пластин корродируют и истончается сечение токопроводящего материала), длительными разрядами не выявить. Решать Вам, но самое правильное решение - проводить периодические контрольные разряды на тех режимах, на которых предполагается работать АБ в случае пропадания сети (1 раз в год). Замеры напряжений элементов в подзаряде будут хорошим подспорьем в диагностике.

Сообщение отредактировал Serg SP - May 22 2011, 19:09

[kv_addr]

Все экспресс методы определения состояния св-кислотной АБ от лукавого. Нет 100% гарантии достоверности полученных результатов.

Видимо, так оно и есть. Такой процесс, как сульфатация и снижение активной площади в течении эксплуатации выявить можно, а нижеприведенные - весьма проблематично. Нужно будет более детально разобраться с различными видами деградации.

Ну вот характерный пример. Имеется начинающаяся коррозия положительных пластин, последние начинают прорастать через сепараторы и кое-где возникает "небольшое" к.з. с отрицательными пластинами. При "частичных" разрядах (т.е. большими токами, но в течение небольшого времени) такого типа неисправность не выявляется, такую неисправность можно распознать только 100%-ным контрольным разрядом. Правда, у этого элемента в подзаряде будет больший ток и несколько меньшее соответственно напряжение.

Видимо, косвенно можно будет судить по пониженному напряжению, повышенному саморазряду и ухудшению коэффициента отдачи по емкости.

А вот такая неисправность, как коррозия мостов (флажки от пластин корродируют и истончается сечение токопроводящего материала), длительными разрядами не выявить.

Наверно это прежде всего скажется на внутреннем сопротивлении АБ? Нужно будет выяснить особенности такого вида неисправности.

Решать Вам, но самое правильное решение - проводить периодические контрольные разряды на тех режимах, на которых предполагается работать АБ в случае пропадания сети (1 раз в год). Замеры напряжений элементов в подзаряде будут хорошим подспорьем в диагностике.

Да, конечно, наилучшим вариантом было бы иметь возможность доступа до каждого элемента, но, увы, такая возможность производителем АБ не предусмотрена.

Если встречали где-то статистику по различным видам неисправностей АБ, может подскажете источник? Естественно, у различных типов свинцово-кислотных аккумуляторов от различных производителей эти цифры могут разниться, но наверно есть общие закономерности. Экзотическими видами дефектов можна было бы пренебречь, сосредоточив внимание на наиболее часто встречающихся.

Тут по ходу дела появилась мысль, а если одну АБ на 12 А*ч заменить на две по 7А*ч, работающих в пуш-пульном режиме? Т.е. при одном сбое в сети работать от одного аккумулятора, при следующем - от второго. Если же сбой затягивается и первый иссякнет, подключается второй. Естественно, порядок выбора аккумулятора может быть изменен в зависимости от степени заряженности аккумуляторов и соотношения суммарного отданного/полученного заряда. Кроме того, при наличии двух аккумуляторов, можно попеременно периодически (раз в месяц, в квартал, в полгода, в год) для одного из них автоматически проводить испытательный цикл полного разряда на балласт и последующего полного заряда для оценки состояния этого аккумулятора без утраты возможности бесперебойного питания в любой момент. Но такой подход нуждается в дополнительном всестороннем рассмотрении, поскольку усложняется и удорожается система питания и здесь не всё от меня зависит.