VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Область исследования разрядных процессов протекающих в ХИТ не столь обширна и имеемые в различных источниках уравнения разряда ХИТ, не в полной мере удовлетворяют тем или иным требованиям, определяющим практическую и теоретическую ценность уравнения разрядной кривой. К подобным требованиям следует отнести:

1. определение любой точки разрядной кривой в пределах применяемых напряжений с достаточной точностью;

2. пригодность для любых нагрузок;

3. удовлетворение граничным условиям;

4. пригодность для любых температур и сроков хранения ХИТ, встречающихся на практике;

5. независимость постоянных коэффициентов от температуры, нагрузки и времени действия саморазряда;

6. простоту измерения параметров ХИТ, несущих информацию о его текущем состоянии;

7. пригодность для различных способов разряда (R = const, I = const, прерывистые разряды, сложные разряды);

8. пригодность для различных электрохимических систем и типов ХИТ.

Выполнение требований последних двух пунктов не обязательно, но весьма желательно. Полученное [4] уравнение разряда ХИТ, удовлетворяющее всем перечисленным требованиям и поэтому названное общим уравнением разряда. Данное уравнение имеет четыре разновидности, показанные в табл. 1.1, соответствующие четырем группам, на которые могут быть разделены все известные ХИТ. В этих уравнениях U_tи U_o— текущее и начальное значения напряжения; R— сопротивление нагрузки; Р_а— показатель степени, зависящий от относительной нагрузки ρ = R/r_ки постоянных а₀, а₁, а₂,

Pa=a01±a11-e-a2ρ;

Pb— показатель степени для второго вычитаемого,

Pb=b01+b11-e-b2ρ,

где b₀, b₁ и b₂ — постоянные.

ТАБЛИЦА 1.1.

Группы ХИТ и соответствующие им разновидности общего уравнения разряда и коэффициенты НОНП

Группа ХИТ	Уравнение разрядной кривой	Коэффициент НОНП
I	UtU0=1-KсrКtRT0Pa-1-KсrКtRT0PbUtU0=1-1-KсrКtRT0Pa-KсrКtRT0Pb	Kс=C1e-C2Rrк
II
III	UtU0=1-K'сrКtRT0Pa-1-K'сrКtRT0PbUtU0=1-K'сrКtRT0Pa-1-K'сrКtRT0Pb	K'с=C1e-C2Rrк
IV

На рис. 1.1 показана зависимость Р_а и Рb от относительной нагрузки.

Как правило, Р_a1. Коэффициенты Kс и K'с представляют собой начальные относительные напряжения полуэлементов (НОНП), тоже зависящие от отношения ρ.

Как видно из табл. 1.1, первые две разновидности уравнения отличаются перестановкой коэффициентов К_с и 1—К_с.Внешний вид разрядных кривых этих уравнений остается одинаковым, а различие сказывается в большей отдаче энергии при малых разрядных токах у ХИТ группы I.

Группа IIIотличается от группы I коэффициентом НОНП, который здесь может принимать отрицательные значения при жестких нагрузках¹, вследствие чего второй член уравнения может изменить знак (рис. 1.2). К этой группе относятся такие ХИТ, у которых напряжение разряда может сначала подниматься, а затем падать (например, марганцевой или окисно-ртутных систем), как показано на рис. 1.3. Для группы IV ХИТ характеристическое время одного полуэлемента существенно меньше второго Ta≪Tb, что приводит к появлению «площадки» на разрядной кривой (например, у серебряно-цинковой системы). При K'с=0 второй член равен нулю, а при жестких разрядах он становится отрицательным, как для группы III.

Весьма существенно, что одним из главных параметров уравнения разряда является полное внутреннее сопротивление при коротком замыкании r_кисточника тока. Оно должно определяться незадолго до начала разряда при температуре предполагаемого разряда, так как r_к является главным носителем информации о текущем состоянии ХИТ.

Сопротивление r_кможет определяться из выражения rк=EIк или вычисляться косвенным путем более точно.

Из общего уравнения разряда вытекают следующие положения: 1) относительность нагрузки; 2) постоянство относительной длительности полного разряда; 3) возможность вычисления эквивалентных сопротивлений и токов.

1. Емкость, отдаваемая ХИТ, определяется не нагрузочным сопротивлением R (или током нагрузки I), а относительной нагрузкой R/r_к (или близким к ней отношением I_к/Iпри R≫r).

2. Напряжение разряда при R = const достигает нуля при tR=T0rк. Обозначив время полного разряда при постоянном нагрузочном сопротивлении через T_R, можем написать

TR1R1=TR2R2=⋯T0rк

где R₁, R₂, ... — разные нагрузочные сопротивления; T_R1, T_R2, ...— соответствующие им времена полного разряда.

3. При сложных или прерывистых разрядах сумма отрезков времени с неизменной нагрузкой в относительном масштабе равна T0rк (рис. 1.4),

т. е.

tR=T0rк.

Отсюда получим эквивалентное сопротивление для сложных нагрузок

Rэк=ttR,

а после некоторых преобразований и эквивалентный ток

_{Iэк=IкttIкI-1+1.}

В частности, для простой цикличной нагрузки, когда в течение циклов продолжительностью t_ц включается нагрузка на время разряда tp (рис. 1.5), получаем простые формулы:

Rэк=RKпр; Iэк=IKпр-IKпр-1Iк,

где Kпр=tцtр — коэффициент прерывистости.

Литература

1. Патент 2138886 RUS. Способ определения саморазряда свинцового аккумулятора/ М.Д. Маслаков, В.В. Колосовский В.В. Опубл. 20.07.1998. 2. Skachkov Yu.V., Kolosovskij V.V., Belousov O.A. Ways of fuel cells voltage improvement //Электротехника – 2003 – № 8 – С. 46-50.

3. Колосовский В.В., Жуланов В.П., Галкин С.В. и др. Определение саморазряда свинцово-кислотных аккумуляторов косвенным методом// Морской вестник – 2008– № 2 – С. 65.

4.Беззубцева М.И.Энергоэффективный способ электромагнитной активации// Международный журнал экспериментального образования. –2012– № 5–С. 92-93.

1^ Под термином «жесткая нагрузка» подразумевается нагрузка, при которой у аккумуляторов U₀

Код для цитирования: Скопировать