Емкость двойного слоя

[Timber]

Чем дальше читаю про зарядку - тем дальше в лес

Текущий этап - влияние на зарядку двойного слоя. Если импульс зарядного тока мал, то эта емкость заряжается и "скорость  полезных реакций" определяется не импульсом тока, а временем разрядки этого конденсатора. Если же импульс слишком длинный - после расходования активных веществ в порах будет идти реакция электролиза воды.

Для определения емкости двойного слоя аккумулятор нагружают довольно большим током, ждут завершения переходного процесса, прерывают разряд на малое время(обычно 500мс) и затем продолжают разраяд. Анализируют этот переходной процесс.

Эквивалентная схема


Ri - последовательное сопротивление
Rd - сопротивление саморазряда
Csurface - емкость двойного слоя
Cbulk - емкость батареи



Параметры, полученные для герметичной батареи Yuasa(12в, 64Ач)
Обратить внимание, на сколько уменьшалась емкость двойного слоя.


Так что кажется всякие высокочастотные ШИМы и наноимпульсы при ЗАРЯДКЕ идут лесом. Что касается десульфатации - надо разбираться дальше.

http://fulltext.study/download/1284690.pdf
http://www.evs24.org/wevajournal/php/download.php?f=vol4/WEVA4-4058.pdf
UPD много матана http://lib.tkk.fi/Diss/2004/isbn9512273268/isbn9512273268.pdf


UPD2
Для стартерных батарей емкость больше почти на порядок
Bosh 5D 55Ah
Эквивалентная схема


Емкости включены последовательно, поэтому особо не пугаться. И обратить внимание не постоянную времени

http://www.doiserbia.nb.rs/img/doi/0353-3670/2007/0353-36700702187M.pdf

Delco 37.5Ah

https://kb.osu.edu/dspace/bitstream/handle/1811/6534/1/Fasih_Modeling_and_Fault_Diagnosis_of_Automotive_Lead-Acid_Batteries.pdf


UPD3
1. Двойной слой - это горизонтальный градиент концентрации кислоты.
2. Из-за большого отличия плотности кислоты и воды электролит расслаивается(одна из причин оползания намазки НИЖНЕЙ трети пластин).
Перезарядка конденсатора двойного слоя ускоряет перемешивание электролита(не помню кто выкладывал, но было видео, в котором был виден выход электролита большей плотности над пластиной БЕЗ кипения).

Просьба - может ли кто-небудь снять завистмость НРЦ от времени сразу после полной зарядки(желательно быстрой, но без кипения) - интересна скорость его падения. ИМХО основная причина - выравнивание концентрации электролита по обьему. Надеюсь будет излом: первый спад вызван выравниванием концентрации по направлению пластина-сепаратор-пластина, второй - выравнивание концентрации обьема над и под пластинами.

Частота ШИМ перезарядки емкости двойного слоя должна быть такой, чтобы концентрация электролита выровнялась по толщине пластины и части сепаратора.

[UstAlexei]

Красиво,  но в полном (из 6 банок аккумуляторе) схема замещения должна состоять из последовательно включенных контуров.

[Timber]

Красиво,  но в полном (из 6 банок аккумуляторе) схема замещения должна состоять из последовательно включенных контуров.

Это всего лишь преобразованная/эквивалентная схема. Если аккумулятор сделан нормально (пластины одинаковы, нет брака и т.д.) и банки деградируют с примерно одинаковой скоростью(нет значительного градиента температур, дыр, из которых вытекает электролит) то упрощения модели вполне законные.

Банка это тоже система параллельно соединенных пластин. А так как каждая пластина находится в электролите с градиентом концентрации по высоте, то общая схема получается зело сложная.  Ну и  Бритва Оккама же 

[Alex_Soroka]

Анализируют этот переходной процесс.
Эквивалентная схема

вот когда все начнут исследовать РЕАЛЬНЫЙ АКБ а не "эквивалентные схемы"  , и будут плодиться такие статьи.

Снимите сами картинку поведения импульса РЕАЛЬНОГО АКБ 
а потом напишите свою статью, вот её мы и почитаем.

[Timber]

Снимите сами картинку поведения импульса РЕАЛЬНОГО АКБ 
а потом напишите свою статью, вот её мы и почитаем.

К сожалению у меня нет осциллографа или мультиметра с логгером. А на обычном мультиметре много не наснимаешь...

[UstAlexei]

Это всего лишь преобразованная/эквивалентная схема....

, согласитесь, очень много если...

К сожалению у меня нет осциллографа или мультиметра с логгером. А на обычном мультиметре много не наснимаешь...

Я берусь снять
С вас статья! 

[Timber]

Я берусь снять
С вас статья! 

Не думаю, что статья получится лучше/интереснее чем у людей, занимающихся этим десятилетиями, но попробую
Поку просто суждение - спад НРЦ после зарядки носит немонотонный характер: сначала выравнивается плотность между обемом пор, и в сепараторе, затем в обьеме над- и под- пластинами(поэтому для измерения плотности надо киптить или дать отстояться продолжительное время).

[MagistrTNT]

Я берусь снять
С вас статья! 

Не думаю, что статья получится лучше/интереснее чем у людей, занимающихся этим десятилетиями, но попробую
Поку просто суждение - спад НРЦ после зарядки носит немонотонный характер: сначала выравнивается плотность между обемом пор, и в сепараторе, затем в обьеме над- и под- пластинами(поэтому для измерения плотности надо киптить или дать отстояться продолжительное время).

Рост НРЦ после разряда до 10,5 постоянным током 0.1С тоже имеет не линейный график. Видно два перелома.
Также что интерестно в слабой банке наблюдалось повышение плотности электролита на верху по сравнению с доразрядным моментом. После стабилизации НРЦ в течении пары часов плотность упала ниже доразрядной.

[8244]

суждение - спад НРЦ после зарядки носит немонотонный характер: сначала выравнивается плотность между обемом пор, и в сепараторе, затем в обьеме над- и под- пластинами

Совершенно верно. Посмотрите на рисунок. Эти кривые сняты одной серией для одной АКБ¹ с минимальным интервалом между измерениями. Можно видеть, что поведение кривой не описывается единственной экспонентой.  Как минимум, отчётливо различимы участки трёх переходных процессов:
T1 = 9us (рис.2), T2 = 350us (рис.3), T3 ~ 4s (рис.6)
а также начало какого-то очень медленного процесса с T4 >> 100s (рис. 6)²

----------------------------------------
¹Не помню, какой именно АКБ, кажется, 65 Ач стартёрный Feon мало юзанный с реальной ёмкостью 40 Ач - я в основном его в прошлом году гонял. Зарядник- мигалка с верхним порогом 14.4

² На осциллограмме рис.6 задний фронт почти линейно спадает со скоростью ~ 100 мВ/мин, т.е 2 вольта ~ 20 минут. Но мы знаем, что напряжение после окончания заряда устанавливается в течение нескольких часов, а потом уже выходит на стационарный разряд, исчисляемый сутками - т.е, как минимум, можно говорить о шести независимых переходных процессах в свинцовом АКБ, происходящих с существенно различными характерными временами!

[ИС-Х]

...отчётливо различимы участки трёх переходных процессов...

Для меня совсем не отчетливо... даже очки надел... но не вижу откуда взялись эти 38, 350 мксек и пр.

[g-yur]

На графиках не особо видно, но догадаться можно....

Попробуй:

Цена деления шкалы времени - один день.
График у каждого акк по своему выглядит!

[8244]

...отчётливо различимы участки трёх переходных процессов...

Для меня совсем не отчетливо... даже очки надел... но не вижу откуда взялись эти 38, 350 мксек и пр.

объясняю.

Спойлер

-- 1 --
Значительная часть встречающихся в жизни релаксационных процессов описываются простой экспонентой:

     C(t) = C₀(1 - e^-T/t),              (1)

где, T - постоянная времени релаксации

Будем считать, что в гальванической ячейке в ответ на импульс зарядного тока происходят простые релаксационые процессы (что, вообще говоря, требует обоснования, но за неимением лучшей модели, пока примем эту в качестве рабочей)

-- 2 --
Определить постоянную времени T (показатель экспоненты) можно по графику, если мы отчётливо видим начало и "хвост", выходящий на горизонтальную линию: уровень 1/e (~1/3) соответствует времени t=T (кто не силён в математике, постройте график ф-ции (1) и всё поймёте)

-- 3 --
Изучая отклик АКБ на зарядный импульс на коротких временах (рис2) мы видим, что кривая выходит практически на горизонталь к концу экрана. Проведём через хвост прямую, её пересечение с осью ординат даст асимптотическй предел экспоненты. Возьмём треть между пиком и хвостом экспоненты, получим T1 ~ 9 us

-- 4 --
Исследуя дальнейшее поведение кривой на более медленных развёртках, мы видим, что казавшийся нам горизрнтальным "хвост" первой экспоненты в сжатом виде сам преставляет собой экспоненту. Аналогично, возьмём треть от его начального значения (теперь это уже 1/3 от первого пика) и до базовой линии. Получаем T2 ~350 us

-- 5 --
Продолжая замедлять развёртку я обнаружил ещё, как минимум, два характерных времени: T3 ~ 4s и T4 >> 100s (рис 6)

Таким образом, отклик АКБ на зарядный импульс можно представить суммой нескольких экспонент:
U(t) = U₁(1 - e^-T1/t)+U₂(1 - e^-T2/t)+...   

[ИС-Х]

Изучая отклик АКБ на зарядный импульс на коротких временах (рис2) мы видим, что кривая выходит практически на горизонталь к концу экрана. Возьмём треть между пиком и хвостом - получим T1 ~ 38 us

"Практически" - это понятие растяжимое и субъективное. Кто-то узреет эту треть как 20 мкс, а кто-то 50 мкс.
При желании можно разбить весь процесс на сколько угодно участков.
А вообще - к чему разговор про эти участки?

[UriBas]

.. Кто-то узреет эту треть как 20 мкс, а кто-то 50 мкс. При желании можно разбить весь процесс на сколько угодно участков..     

В конечном итоге все упирается в скорость снижения напряжения - в производную, на одних участках она более или менее постоянна, на других начинает заметно уменьшаться - это и есть фаза" которая делит на основные участки которые характеризуют вн. сопр. .  емкость двойного слоя,  сопр. саморазряда и т.д. 

Спойлер

Зачем нам эти участки?..   Ну так это же основа основ понимания алгоритма импульсного заряда! Что мы хотим заряжать? На сколько эффективно?  - Все зависит на каком участке мы будет делать паузу!  Мы уже знаем, что пауза должна длится до скорости снижения в 2-7мВ/сек, потому что это наиболее оптимально подготавливает ХИТ к очередному импульсному заряду и в конечном счете повышает как емкость АКБ так и КПД заряда.

Для лучшего понимания процесса хорошо бы вывести еще графики, которые бы показывали зависимость эффективность заряда от  паузы, т.е. на каком участке делаем паузу.   

[8244]

Верно, на рис. 2 ошибка. Если провести 0 по хвосту, 1/3 будет ~ 9 мкс. Исправил.
Добавлено 01 Окт. 2017 в 15:43
Товарищи, прошу не отклоняться от темы. Очень много мусора. Перечитайте старт-топик, просмотрите свои сообщения - полагаю, их можно значительно сокркратить, часть текста выкинуть как малозначимый или не относящийся к предмету. Если сомневаетесь в ценности своего комментария, прячьте под кат

Прошу отнестить с пониманием

[ИС-Х]

Мы уже знаем, что пауза должна длится до скорости снижения в 2-7мВ/сек. ...это наиболее оптимально...

Я что-то пропустил? Кто-то проводил такие исследования, требующие, как минимум, быстрого 14-разрядного АЦП?
И все это на фоне шумов самого АКБ.... которые надо как-то подавить или фильтровать

[UriBas]

Мы уже знаем, что пауза должна длится до скорости снижения в 2-7мВ/сек. ...это наиболее оптимально...

Я что-то пропустил? Кто-то проводил такие исследования, требующие, как минимум, быстрого 14-разрядного АЦП?  И все это на фоне шумов самого АКБ.... которые надо как-то подавить или фильтровать

[user]ИС-Х[/user],  Вы же знаете, разряд двойного слоя длится достаточно долго, чтобы МК успело сделать серию замеров, с усреднением в несколько десяток выборок и таким образом (более менее) достигается необходимая точность.   На счет исследований - об этом уже много обсуждалось в  разных темах об алгоритмах и др.

[ИС-Х]

[user]UriBas[/user], напомните, плз, откуда взялся этот порог 2-7мВ/сек и почему он оптимален.