Экспресс-метод определения неисправности свинцово-кислотной аккумуляторной батареи

Журнал: «Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт», №1-2, 2018 13:18:00г.

621.355.004.58

The express a method of determination of failure it is lead — the acid rechargeable battery

In article the question of determination of the main failure of separate sections of the lead-acid rechargeable battery, on measurement of a thermal fi eld of its casing in characteristic points, by determination of non-uniformity of distribution of temperature on the surface of the rechargeable battery with the subsequent determination of the zones having the increased temperature of rather adjacent section of a surface of the casing and location of the revealed zone with the increased temperature concerning elements of construction of the rechargeable battery is considered.

Voronov A. N., Laboratory No. 15.3 Prediction of Reliability WIM FNATS, FGBNU agricultural machinery. E-mail: gosniti@bk.ru

Keywords:express diagnosing method, failure, lead-acid rechargeable battery, technical condition, temperature fi eld, diagnosing, thermal method, accumulator.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АКБ) нашли широкое применение в энергетических системах электрооборудования агропромышленного комплекса. Известно, что в системах электрооборудования автотракторной техники, эксплуатируемой в сельском хозяйстве, наибольшее количество отказов приходится на свинцово-кислотную аккумуляторную батарею с жидким электролитом.

Срок службы таких аккумуляторных батарей составляет 3–5 лет и зависит от качества технического обслуживания, правильной эксплуатации и хранения [1]. Практика эксплуатации аккумуляторных батарей в хозяйствах показывает, что несоблюдение требований эксплуатации и технического обслуживания существенно снижает срок службы батарей до 1–2 лет. Установлено, что по этим причинам около 30% аккумуляторов отказывают в 1-й год эксплуатации.

Снизить количество отказов аккумуляторных батарей возможно только при их своевременном диагностировании и проведении необходимых мер по поддержанию и восстановлению их работоспособности [2]. Для решения данной задачи необходимо, используя методы и средства диагностирования, определить текущее техническое состояние (ТТС) аккумуляторной батареи. Текущая оценка позволит охарактеризовать аккумуляторную батарею как исправную или неисправную, работоспособную или неработоспособную через параметры технического состояния и/или качественные признаки.

Диагностирование аккумуляторных батарей осуществляется в процессе технического обслуживания и при хранении в хозяйствах. Из-за конструктивной особенности батарей оценка технического состояния осуществляется по общим (интегральным) параметрам для всей батареи и не позволяет объективно оценить ее состояние, то есть определить, какие процессы происходят в отдельной секции. Известно, что техническое состояние батареи определяется следующими параметрами: внутренним сопротивлением, силой тока, напряжением аккумулятора и плотностью электролита при различных режимах работы. Таким образом, указанные параметры в процессе работы аккумуляторной батареи изменяются с появлением неисправностей, что в дальнейшем приводит к ее отказу.

Анализ существующих методов и средств диагностирования АКБ выявил необходимость развития научнотехнических решений поэлементного контроля технического состояния АКБ. Так как стабильность напряжения на зажимах батареи не гарантирует равномерного распределения напряжения между элементами, то только на основании поэлементного контроля можно оценить ее техническое состояние. В настоящее время предлагается несколько реализаций средств поэлементного диагностирования АКБ, однако на практике для определения ТТС отдельной секции наиболее часто измеряют плотность и уровень электролита. Кроме того, конструкция большинства современных аккумуляторных батарей не позволяет проводить их техническое обслуживание, применительно к таким «необслуживаемым» АКБ средств к поэлементному контролю практически нет. Таким образом, определение ТТС отдельной секции аккумуляторной батареи является сложной задачей.

В свинцово-кислотном аккумуляторе, как в электрохимическом источнике тока, в режиме работы (заряда или разряда) происходят электрохимические процессы, ведущие к выделению тепла, то есть происходит нагрев аккумулятора [3]. Источником тепла в АКБ является внутреннее сопротивление, которое в процессе работы аккумулятора изменяется (увеличивается), так как в период эксплуатации АКБ происходит старение электродов каждой секции, то есть происходят необратимые электрохимические процессы, которые приводят к появлению неисправностей. В процессе работы батареи в каждой отдельной секции эти необратимые процессы происходят с разной скоростью, которые при нарушении условий эксплуатации, несвоевременном и некачественном проведении технического обслуживания усиливаются, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора и в конечном итоге к увеличению его температуры [4]. Таким образом, измеряя температурное поле каждой отдельной секции батареи в характерных точках и определяя неравномерность распределения температуры по поверхности аккумуляторной батареи с последующим определением зон, имеющих повышенную температуру относительно смежного участка поверхности корпуса и местоположения выявленной зоны с повышенной температурой относительно элементов конструкции аккумуляторной батареи, можно с определенной вероятностью говорить о ее неисправностях [5, 6].

В результате исследований было установлено, что в режиме работы под нагрузкой исправной аккумуляторной батареи происходит минимальное и равномерное повышение температуры корпуса по всей площади батареи (рис. 1), что свидетельствует о ее исправности.

Также было установлено, что в режиме работы под нагрузкой неисправной АКБ нагрев поверхности корпуса секций аккумулятора в характерных точках происходит с разной интенсивностью (рис. 2).

Кроме того, было установлено, что неравномерный нагрев корпуса неисправного аккумулятора сопровождается появлением качественных признаков проявления неисправностей (например, наличие газовыделения при коротких замыканиях в секции под нагрузкой и пр.), которые свидетельствуют о наличии процессов, нарушающих работоспособность АКБ, и позволяют идентифицировать такие неисправности, как: понижение уровня электролита (рис. 2); обрыв цепи — обрыв полюсного вывода (рис. 3а); короткое замыкание цепи в секции АКБ (рис. 3б).

Таким образом, измеряя температурное поле в характерных точках поверхности корпуса АКБ и фиксируя качественные признаки проявления неисправностей, можно определить отдельную секцию АКБ как исправную или неисправную в течение нескольких минут и охарактеризовать ее неисправность. Проведенные исследования показывают, что данный метод можно использовать как экспрессметод диагностирования для определения неисправностей отдельной секции свинцово-кислотной АКБ по температурному полю поверхности ее корпуса, что позволит наиболее полно использовать ресурс АКБ, продлить срок их службы и снизить вероятность отказов электрооборудования сельскохозяйственных машин и тракторов.