Разработка технических решений для продления жизненного цикла накопительных блоков на основе свинцово-кислотных АКБ для энергообеспечения локальных систем и объектов

Abstract

Объект исследования – свинцово-кислотные аккумуляторы и накопительные блоки на их основе, системы контроля аккумуляторов. Цель работы - изучить технические возможности увеличения сроков эксплуатации (жизненного цикла) электронакопительных блоков на основе свинцовых аккумуляторов, включая конструктивные решения, системы контроля, управления и структурной организации параллельно-последовательных сборок АКБ. Проведен анализ патентной литературы по таким направлениям как физико-химическая модификация электродов и электролита, контроль состояния аккумуляторов и управление зарядом-разрядом, улучшение электролита и микроциркуляция электролита методов оценки функциональных параметров АКБ при циклировании, подходы и методы текущей характеризации свинцово-кислотных АКБ. и др. Сделаны выводы о наиболее перспективных способах улучшения свойств и удлинения жизненного цикла АКБ, методах тестирования и контроля их состояния. Охарактеризованы популярные приборы контроля АКБ. Анализируются новые возможности контроля качества элементов аккумуляторных батарей, включая тепловизионный метод. Разработана методика и проведено моделирование параллельно-последовательных сборок аккумуляторов, являющихся основой накопительных блоков для локальных энергетических систем. На основе разработанных моделей АКБ в системе Electronics Workbench проведено моделирование циклов зарядки-разрядки блока АКБ в параллельно-последовательной и последовательно-параллельной сборке. Выявлены количественные особенности нормальной работы и деградации стандартных и «девиантных» АКБ в сборке. Исследовано влияние перекоммутации параллельно-последовательных сборок на работу ячейки с уменьшенной емкостью. Показано, что перекоммутация существенно не влияет на работу дефектной ячейки сборки в целом. Промоделирована работа индикаторных систем на ячейках сборки, являющихся простейшим техническим решением контроля состояния ячеек в умеренно больших сборках АКБ. Предложены технические методы для реализации индикаторных схем для сборок АКБ. Разработана методика и создан макет электронного устройства для измерения активного и поляризационного сопротивления аккумуляторов. Установлены особенности измерения проводимости аккумуляторных ячеек и намечены пути совершенствования метода и его приборной реализации. Создан и протестирован макет измерителя активного и поляризационного сопротивления АКБ, работающий под управлением персонального или планшетного компьютера. Предложена методика измерений параметров АКБ в нагруженных сборках. Приведены работы по оптимизирования алгоритмов в среде Qt Creator, используемых в измерителе. Оцениваются технические параметры накопительных блоков для бытового и промышленного использования. Обосновано понятие стоимость буферизации электроэнергии, проведено качественное исследование зависимости стоимости электроэнергии отпускаемой электрической станцией при частичной ее буферизации в автономных и неавтономных системах. Проанализированы тренды стоимости свинцово- кислотных и литий – ионных АКБ в последние годы и связанные с этим тенденции стоимости буферизации электроэнергии.