Параметрический метод контроля эксплуатационных характеристик аккумуляторных батарей


Глава 3 МЕТОД КЛАССИФИКАЦИИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ



страница9/13
Дата17.10.2016
Размер2.77 Mb.
ТипДиссертация
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13
Глава 3 МЕТОД КЛАССИФИКАЦИИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Задача классификации аккумуляторных батарей заключается разделении множества объектов диагностики (аккумуляторных батарей) на группы по определенному критерию. Таким критерием может быть типоразмер батареи, ее номинальное напряжение или тип электрохимической системы. Эти критерии, безусловно, важны при выборе аккумуляторной батареи. Они гарантированы производителем, что указывается в технической документации на батарею и являются достоверными для новой батареи, а некоторые остаются неизменны и в конце срока эксплуатации.

Гораздо более важными критериями являются те, которые изменяются в процессе эксплуатации. Например, значение внутреннего сопротивления, ток холодной прокрутки, номинальная емкость, текущая степень заряженности или резервная емкость. Эти параметры характеризуют не только и не столько тип (класс) аккумуляторной батареи, сколько позволяют оценить ее работоспособность в заданных климатических и эксплуатационных условиях. Значения этих параметров не подкрепленные заключением (результатом их анализом) могут быть информативны лишь для опытного диагноста. Колоссальные объемы производства и использования батарей во всех сфера жизнедеятельности человека диктуют необходимость автоматизации процессов измерения их параметров и последующего анализа полученных результатов. Решение задачи автоматического анализа видится нам в реализации алгоритмов автоматической классификации. В простейшем случае, по измеренным параметрам батарей они будут классифицироваться на два класса: «ХОРОШИЕ» и «ПЛОХИЕ».

3.1 Классификация АБ по критерию активного сопротивления

В качестве алгоритма автоматической классификации был выбран метод, построенный на вычислении степени отклонения измеряемой величины от реперных точек шкалы измерения [79, 80, 81].

Принцип работы алгоритма заключается в том, чтобы для каждого значения измеряемой величины получить список рангов реперных точек шкалы, с упорядоченностью свойственной только этому значению. Впоследствии определяется степень упорядоченности этого списка, которая выражается в числе MK принадлежащем отрезку [-1;1].

Рассмотрим этапы автоматической классификации на примере классификации 16-ти батарей типа Panasonic 5524 (C20 = 45 Ач). За критерий классификации примем значения резервных емкостей CR АБ (табл. 3.1).

Таблица 3.1


№ АБ

Резервная емкость CR, мин.

№ АБ

Резервная емкость CR, мин.

№ АБ

Резервная емкость CR, мин.

№ АБ

Резервная емкость CR, мин.

41

41,38

45

44,08

60

43,39

82

44,12

42

42,56

52

42,48

62

43,44

83

44,14

43

44,06

53

43,05

63

44,00

84

44,26

44

42,58

54

43,06

81

44,10

85

44,37

Значения емкости CR всех шестнадцати батарей сосредоточены в пределах от 41,38 до 44,37 минут. Выберем 4 реперные точки, так чтобы они были равномерно распределены в диапазоне выборки резервных емкостей. Пусть это будут значения множества {41,40; 42,30; 43,40; 44,30}. Они упорядочены по возрастанию и имеют соответствующие порядковые номера. Список {1;2;3;4} называется «прямым» списком рангов реперных точек. Список {4;3;2;1} – соответственно «обратным».

В соответствии с алгоритмом в первую очередь вычисляются разности ∆СRN между резервной емкостью K-той батареи и каждой из N реперных точек

(3.1)

где N – порядковый номер реперной точки, N=1,2,…4; RN – значение N-ной реперной точки; CRK – значение резервной емкости K-той АБ.

Для батареи № 54, например, CR54 = 43,06 мин. тогда

Далее необходимо упорядочить значения ∆СRN по возрастанию



Из индексов ∆СRN получаем список {3;2;4;1}. Это тот самый, свойственный именно для этого значения резервной емкости, список рангов реперных точек.

Следующий шаг алгоритма заключается в сравнении полученного списка с эталонными «прямым» и «обратным» списками рангов реперных точек. Для этого вычисляются абсолютные разности элементов с одинаковыми индексами в полученном и эталонном («прямом» или «обратном») списках. Это наглядно представлено в виде разности матриц взятой по модулю

(3.2)

(3.3)

где ∆Ndi и ∆Nri – абсолютные разности элементов с одинаковыми индексами в полученном и эталонных «прямом» и «обратном» списках соответственно.

Физический смысл выражений (3.2) и (3.4) состоит в определении числа переходов ∆Ndi, необходимых для каждого из i = 4 элементов списка рангов измеренного значения CR, для того чтобы два сравниваемых списка стали идентичны друг другу. Так, чтобы список измеренного значения {3;2;4;1} стал идентичен, например, «обратному» списку реперных точек {4;3;2;1} необходимо первый N1 = 3 и второй N2 = 2 его элементы переместить на один ранг ниже, третий элемент N3 = 4 переместить на 2 ранга выше, а элемент N4 = 1 оставить на своем месте (переместить на 0 рангов) (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Физический смысл выражений (3.2) и (3.3)

В следующем шаге вычисляется суммы элементов матриц полученных в выражениях (3.2) и (3.3)

(3.4)

где ∆Nd и ∆Nr – суммарные числа переходов необходимых для того, чтобы список рангов измеренного значения стал идентичен «прямому» или «обратному» спискам рангов реперных точек соответственно. Эти значения также называют расстояниями между списком рангов измеренного значения и «прямым» или «обратным» спискам рангов реперных точек соответственно.

В общем случае предыдущие выражения (3.2), (3.3) и (3.4) полностью заменимы выражениями

(3.5)

где Ndi и Nri – значения i-того элемента «прямого» и «обратного» списка рангов реперных точек соответственно; Ni – значение i-того элемента списка рангов измеренного значения CR.

Следующим шагом вычисляется разница N расстояний между списком рангов измеренного значения и «прямым» и «обратным» списками рангов реперных точек

(3.6)

Значение разницы N характеризует степень отклонения списка рангов измеренного значения к «прямому» или «обратному» спискам реперных точек. А знак разницы определяет, направление этого отклонения. То есть определяет, к какому из списков реперных точек список измеренного значения отклоняется больше. Положительные значения N говорят об отклонении в сторону «прямого» списка, а отрицательные соответственно в сторону «обратного».

В следующем шаге алгоритма вычисляется количество переходов необходимых для того, чтобы «прямой» список рангов реперных точек стал «обратным» или наоборот. Другими словами вычисляется расстояние NR между «прямым» и «обратным» списками рангов реперных точек

(3.7)

В общем случае выражения (3.7) описываются суммой абсолютных разностей



(3.8)

В системе автоматической классификации с постоянным набором реперных точек этот шаг может исключаться. При этом результат вычислений (3.7) или (3.8) сохраняется в программном коде алгоритма как константа. Это значение используется для вычисления относительного отклонения MK списка рангов измеренного значения к эталонным спискам реперных точек



(3.9)

Относительное отклонение MK, как и значение N, отражает степень отклонения списка измеренного значения от эталонных списков. Вместе с тем значение MK говорит и о степени отклонения самого измеренного значения от значений крайних реперных точек шкалы. С точки зрения теории нечетких множеств [82] значение MK может представляться как степень принадлежности к одной из крайних реперных точек шкалы. Так в нашем примере для батареи № 54 значение MK составляет



Тогда можно сказать, что значение CR = 43,06 мин. на 25% принадлежит множеству «прямого» списка реперных точек. На принадлежность именно к «прямому» списку указывает положительный знак параметра MK [80].

Проведем все выше описанные вычисления для всех АБ из табл. 3.1. В результате получим множество из шестнадцати значений MK соответствующих шестнадцати батареям. Упорядочив список батарей по значения MK увидим, что таких значений всего 5. То есть исследуемые батареи можно распределить по пяти классам на основании критерия MK (табл. 3.2).

В класс с критерием MK = 1 попали батареи с наивысшим значением резервной емкости. Этому классу присвоим порядковый номер 1. В класс c критерием MK = -1, напротив, попала батарея № 41, с наименьшим значением резервной емкости CR. Прочие классы содержат батареи с промежуточными значениями CR (табл. 3.2).

Таблица 3.2

№ класса\Mk

1 \ 1.00

№ АБ

43

45

63

81

82

83

84

85

Rc , мин

44,06

44,08

44

44,1

44,12

44,14

44,26

44,37

№ класса\Mk

2 \ 0,75

3 \ 0,25

4 \ -0,25

5 \ -1.00

№ АБ

60

62

53

54

42

44

52

41

Rc , мин

43,39

43,44

43,05

43,06

42,56

42,58

42,48

41,38

Согласно описанию метода классификации [80] характеристика степени неопределенности описывается сигмодальной функцией



(3.10)

где a8, b8, c8, d8 – коэффициенты уравнения.

Построим зависимость значений MK от резервной емкости CR (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Зависимость MK от резервной емкости СR.

Методом наименьших квадратов подобраны коэффициенты уравнения (3.10) a = -1,074, b = 2,184, c = 42,786 и d = 0,451.

Приведенный выше пример классификации аккумуляторных батарей не практичен, поскольку процедура измерения резервной емкости занимает много времени (от 30 до 300 мин. в зависимости от емкости АБ). Как уже упоминалось, современные анализаторы позволяют измерить несколько параметров АБ всего за 10-20 секунд. В разделах 2.2.1 и 2.2.2 было показано, что основные эксплуатационные характеристики батарей хорошо коррелируют с параметрами активного внутреннего сопротивления R и резонансной частоты FREZ. Это позволяет предположить, что критерием классификации аккумуляторных батарей может стать внутреннее сопротивление или резонансная частота.

Проведем описанным выше методом классификацию свинцово-кислотных батарей напряжением 12 В типа FIAMM 20720 номинальной емкостью C20 = 7,2 Ач, типа Panasonic 3819 C20 = 35 Ач, Panasonic 5524 C20 = 45 Ач, Panasonic 7523 C20 = 65 Ач, Panasonic 10530 C20 = 90 Ач и FIAMM 12UMTB160 C20 =160 Ач. Во время измерения параметров батареи находились в заряженном состоянии. В качестве критерия классификации выберем значение активного сопротивления R АБ. Шкалой реперных точек станет множество {24,830; 6,882; 5,569; 4,755; 3,818; 3,217}. Количество реперных точек соответствует количеству типов классифицируемых батарей. Значения реперных точек равны средним значениям активного сопротивления батарей в пределах одного типа.

Такой способ подбора значений реперных точек обусловлен аналогией параметра относительного отклонения MK с параметром степени принадлежности элемента нечеткого множества. Таким образом, среднее значение нечеткого множества, коим является множество значений активных сопротивлений конкретного типа батарей, есть центр этого нечеткого множества. И относительное отклонение MK определяется степенью принадлежности элементов множества к его центру (реперной точке).

Результаты вычисления относительного отклонения приведены в табл. 3.3. Согласно полученным данным, батареи типов FIAMM 20720 C20 = 7,2 Ач, Panasonic 3819 C20 = 35 Ач и FIAMM 12UMTB160 C20 =160 Ач сгруппировались в классы соответствующие их типам. То есть всем без исключения классифицируемым батареям типа FIAMM 20720 соответствует одно значение относительного отклонения MK = -1,000. Батареям типа Panasonic 3819 соответствует значение MK = -0,111, а батареям типа FIAMM 12UMTB160 – MK = 1,000 (табл. 3.3).

Значения относительного отклонения прочих типов не так однозначны. Так типам батарей Panasonic 5524, 7523 и 10530 соответствует по два значения MK. Всем кроме одной батареи типа 5524 соответствует значение MK = 0,000. И только для одной батареи № 63 значение MK = 0,200 (табл. 3.3).



Несмотря на неоднозначность значений относительного отклонения внутри некоторых типов, все приведенные в табл. 3.3 батареи могут быть сгруппированы в классы соответствующие их типам. Это выполнимо если принять такое условие, что, например, типу батарей Panasonic 10530 соответствуют значения относительного отклонения MK 0,778 и 0,889.
Таблица 3.3

Тип АБ

№ АБ

Номинальная емкость C20, Ач

Активное сопротивление R, мОм

Относительное отклонение MK

20720

12

7,2

25,780

-1,000

13

7,2

24,170

14

7,2

25,880

15

7,2

25,040

16

7,2

23,280

3819

16

35

6,752

-0,111

17

35

7,061

19

35

7,180

21

35

6,521

22

35

6,896

5524

41

45

5,598

0,000

43

45

5,682

45

45

5,739

84

45

5,385

63

45

5,340

0,222

7523

12

65

4,753

0,444

18

65

4,945

24

65

4,701

16

65

4,653

0,556

20

65

4,680

10530

13

90

4,352

0,778

10

90

3,824

0,889

12

90

3,922

15

90

3,794

21

90

3,519

12160

98

160

3,319

1,000

99

160

3,114

Активное сопротивление, как упоминалось выше, коррелирует не только с номинальной емкостью батареи C20, но зависит и от степени ее заряженности. Согласно рис. 2.16 в заряженном состоянии батареи имеют минимальное значение сопротивления. Оно увеличивается в процессе разряда и принимает максимальное значение при полном разряде батареи. Соответственно шкала реперных точек используемая при классификации батарей в заряженном состоянии оказывается непригодна для классификации частично или полностью разряженных АБ. В таком случае для каждой степени заряженности следует использовать свою шкалу реперных точек.

Для классификации батарей в частично заряженном состоянии реперные точки принимают значения множества {26,586; 8,392; 6,664; 5,606; 4,464; 3,330}. Количество реперных точек соответствует количеству типов классифицируемых батарей. Значения реперных точек равны средним значениям активного сопротивления батарей в пределах одного типа. Однако последняя реперная точка была изменена. Это сделано в целях подстройки значений относительного отклонения MK батареи № 15 типа Panasonic 10530. Изначально реперная точка R6 принимала значение 2,930. При вычислении относительного отклонения значение MK для батареи 10530 № 15 составляло 0,556. Такое же значение принимают батареи типа 7523 №№ 20 и 27 (табл. 3.4). Смешение батарей разных типов в одном классе снижает достоверность классификации. Подбором было установлено, что при значении R6 = 3,330 значение относительного отклонения батареи № 15 становится равным 0,778, которое соответствует еще двум батареям №№ 9 и 13 того же типа (табл. 3.4).

Значения относительного отклонения MK для типов батарей FIAMM 20720, Panasonic 3819 и FIAMM 12UMTB160 определяются однозначно. Прочим типам батарей соответствует два и даже три (для типа 7523) значения MK. Для достоверного определения типа батареи по значению активного сопротивления эти значения следует считать значениями, характеризующими подгруппы батарей входящих в этот тип.

Параметр активного сопротивления аккумуляторных батарей в разряженном состоянии приобретает несколько большую степень разброса. Так минимальное и максимальное значения активного сопротивления среди батарей типа Panasonic 3819 равны R3819min = 10,74 мОм и R3819max = 13,58 мОм.

Таблица 3.4



Тип АБ

№ АБ

Номинальная емкость C20, Ач

Активное сопротивление R, мОм

Относительное отклонение MK

20720

12

7,2

28,330

-1,000

13

7,2

25,110

14

7,2

27,590

15

7,2

26,810

16

7,2

25,090

3819

16

35

7,840

-0,111

17

35

8,097

19

35

8,470

20

35

8,612

21

35

7,800

22

35

9,533

5524

41

45

6,847

0,000

43

45

6,455

45

45

6,723

53

45

6,626

60

45

6,732

7523


14

65

5,897

0,222

26

65

6,023

13

65

5,626

0,444

18

65

5,857

20

65

5,546

0,556

27

65

5,118

10530


15

90

4,957

0,778

13

90

4,570

9

90

4,642

20

90

4,078

0,889

21

90

4,011

12160


1

160

2,695

1,000

2

160

2,758

98

160

3,144

99

160

3,121

Параметр активного сопротивления аккумуляторных батарей в разряженном состоянии приобретает несколько большую степень разброса. Так минимальное и максимальное значения активного сопротивления среди батарей типа Panasonic 3819 равны R3819min = 10,74 мОм и R3819max = 13,58 мОм. Минимальное значение R3819min попадает в область распределения батарей типа 5524, крайние (минимальное и максимальное) значения которого равны R5524min = 10,01 мОм и R5524max = 11,98 мОм (рис. 3.3). В свою очередь область распределения батарей типа 5524 перекрывает область батарей типа 7523 (рис. 3.3).



Рис. 3.3. Распределение АБ различных типов в разряженном состоянии относительно активного сопротивления R

Высокая степень разброса обуславливает сложность классификации батарей в разряженном состоянии. При применении шкалы состоящей из 5 реперных точек (по числу определяемых типов) батареи классифицируются с многочисленными смешениями типов. Например, значение относительного отклонения MK = 0,667 соответствует батареям трех различных типов (Panasonic 3819, 5524 и 7523). Причем для типов 5524 и 7523 такое значение MK соответствует ~44% и ~55% батарей соответственно (от общего числа исследуемых батарей в типе). Это говорит о серьезной степени смешения батарей разных типов в классе MK = 0,667.

Решением проблемы смешения батарей может стать увеличение числа реперных точек в шкале. Так, для классификации батарей в разряженном состоянии используем шкалу со значениями реперных точек {12,250; 11,443; 10,635; 9,984; 9,332; 8,034; 6,736; 3,993}. Результаты классификации с использованием этой шкалы приведены в табл. 3.5.



За основу выбранной шкалы реперных точек взято множество средних значений активного сопротивления для каждого из типов, между которыми добавлены промежуточные значения.
Таблица 3.5

Тип АБ

№ АБ

Номинальная емкость C20, Ач

Активное сопротивление R, мОм

Относительное отклонение MK

3819

16

35

11,940

-1,000

17

35

12,210

19

35

12,780

22

35

13,580

5524

84

45

11,980

-1,000

85

45

11,970

62

45

10,800

-0,813

82

45

11,050

3819

21

35

10,740

-0,688

5524

63

45

10,740

-0,688

41

45

10,490

-0,625

53

45

10,160

-0,563

54

45

10,360

42

45

10,010

-0,438

43

45

10,130

7523

18

65

9,965

-0,438

19

65

9,777

16

65

9,727

-0,313

17

65

9,511

24

65

9,126

-0,063

20

65

8,766

0,063

25

65

8,407

0,188

27

65

8,595

10530

15

90

8,064

0,375

12

90

7,561

0,563

9

90

7,054

0,688

10

90

6,983

0,813

13

90

6,354

0,875

21

90

5,747

0,938

12160

98

160

4,270

1,000

99

160

3,716

Согласно табл. 3.5 классификация батарей относительно шкалы с увеличенным числом реперных точек разбивает все множество исследуемых батарей на 17 классов (17 значений относительного отклонения MK). Такое, сравнительно большое, число классов позволяет свести к минимуму смешение батарей разных типов. Однако, даже в этом случае батареи типов Panasonic 5524 и 7523 имеют общее значение MK = -0,438 (табл. 3.5). Это значение соответствует 25% батарей типа 5524 и 27% батарей типа 7523. Надо сказать, что батареи типов 5524 и 7523, которым соответствует значение MK = -0,438 имеют очень близкие значения активного сопротивления. Активное сопротивление таких батарей типа 5524 находятся в диапазоне 10,010 – 10,130 мОм. В свою очередь значения параметров батарей типа 7523, попавших в этот класс, располагаются в диапазоне 9,777 – 9,965 мОм.

Предлагаемый алгоритм не позволяет четко классифицировать батареи в разряженном состоянии по их типам. Вызвано это достаточно большой степенью разброса параметров активного сопротивления батарей одного типа, и как следствие, перекрытие областей распределения батарей соседних типов.

3.2 Классификация АБ по параметру характеристической частоты

Увеличить достоверность определения типа батарей могло бы проведение параллельной классификации по другим критериям, кроме активного сопротивления. Таким критерием могла бы выступить характеристическая частота батареи. Согласно разделам 2.1.5 и 2.1.6 параметр характеристической частоты хорошо коррелирует с номинальной емкостью АБ и позволяет повысить точность прогнозирования значения этой эксплуатационной характеристики при совместном применении с параметром активного сопротивления. Однако, применение характеристической частоты в качестве критерия классификации батарей показало совершенно противоположные результаты. При использовании шкалы реперных точек, полученных вычислением средних значений частоты FREZ для каждого типа, наблюдается смешение батарей различных типов в одном классе. Причем один класс может содержать 40% батарей одного типа и 60% - другого. Высокие степени смешения проявляются при классификации батарей во всех состояниях (заряженные, частично разряженные и разряженные). Разумеется, такие степени смешения не позволяют даже приближенно проводить классификацию батарей по типу.

Это вызвано тем, что параметр характеристической частоты АБ обладает большой степенью разброса и как следствие области распределения батарей соседних типов относительно этого параметра перекрывают друг друга. Так, например, заряженные батареи типа Panasonic 3819 обладают характеристическими частотами в пределах от 175,300 до 186,878 Гц (рис. 3.4). Батареи типа Panasonic 5524 в свою очередь имеют значения FREZ от 139,731 до 182,285 Гц. Соответственно четкой границы между этими типами нет.

Рис. 3.4. Распределение АБ различных типов в заряженном состоянии относительно характеристической частоты FREZ

Батареи типа Panasonic 5524 в свою очередь имеют значения FREZ от 139,731 до 182,285 Гц (рис. 3.4). Соответственно четкой границы между этими типами нет, и классы образованные алгоритмом не соответствуют типам батарей.

3.3 Классификация АБ по напряжению разомкнутой цепи

Согласно разделу 3.1 для классификации батарей в различной степени заряженности необходимо использовать различные шкалы реперных точек (как по значению точек, так и по их количеству). В связи с этим возникает потребность в предварительном определении степени заряженности для выбора подходящей шкалы реперных точек. Известно, что от степени заряженности батареи зависит напряжение разомкнутой цепи (НРЦ).

Результаты проведенных исследований показали, что батареи номинальным напряжением 12В, в полностью разряженном состоянии имеют напряжение разомкнутой цепи лежит в пределах 11,70 – 12,19 В. Батареям в частично разряженном состоянии (степень заряженности ~40-50%) соответствует НРЦ в пределах 12,24 – 12,47 В. Полностью заряженным батареям соответствует НРЦ 12,75 – 13,87 В (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Распределения АБ различного типа в зависимости от НРЦ

Согласно рис. 3.5 можно установить значения граничных напряжений, относительно которых можно разделять батареи на 3 класса: «заряженные», «частично разряженные» и «разряженные». Границы между этими классами можно провести на уровнях напряжений 12,67 В (между «заряженными» и «частично разряженными») и 12,22 В (между «частично разряженными» и «разряженными»).

Поскольку между областями распределения батарей по НРЦ существуют различимые границы, то, вероятно, предлагаемый алгоритм позволит определять состояние батареи по критерию напряжения разомкнутой цепи. Шкалой реперных точек станет множество {11,945; 12,500; 13,340}. Количество точек соответствует количеству различных состояний батареи. Значения получены путем вычисления среднего НРЦ для каждого из состояний. Результаты классификации батарей относительно параметра НРЦ приведены в табл. 3.5.

В результате классификации относительно выбранной шкалы реперных точек исследуемое множество батарей было распределено по четырем классам. В классы со значениями относительного отклонения MK = -1,000 и MK = -0,500 попали батареи в разряженном и частично разряженном состоянии. В класс со значением MK = 0,500 попало всего три батареи со значениями НРЦ 12,870, 12,810 и 12,750 (табл. 3.5).

Таблица 3.5



Состояние батареи

Разряжена

Частично разряжена

Заряжена

Тип АБ

№ АБ

НРЦ U, В

Относительное отклонение MK

НРЦ U, В

Относительное отклонение MK

НРЦ U, В

Относительное отклонение MK

20720

12

11,880

-1,000

12,240

-0,500

12,870

0,500

20720

13

11,740

12,280

12,810

20720

14

11,870

12,270

12,750

3819

16

11,950

12,250

13,460

1,000

3819

17

11,970

12,300

13,870

3819

19

11,770

12,320

13,340

5524

41

11,830

12,310

13,570

5524

42

11,890

12,330

13,420

5524

43

11,860

12,310

13,380

7523

12

11,900

12,350

13,430

7523

13

11,870

12,300

13,230

7523

14

11,750

12,330

13,270

1053

9

11,760

12,260

13,410

1053

10

11,800

12,390

13,120

1053

12

11,700

12,310

13,660

1216

1

11,860

12,330

13,390

1216

2

11,810

12,240

13,350

1216

98

12,190

12,470

13,840

Согласно рис. 3.5 эти значения НРЦ соответствуют состоянию заряженных батарей. В последний класс MK = 1,000 так же вошли батареи в заряженном состоянии.

Так при условии, что значения MK = 1,000 и MK = 0,500 будут приняты как значения, характеризующие один класс, описываемый метод классификации позволяет определять состояние аккумуляторной батареи. Наличие этой информации позволит правильно подобрать шкалу реперных точек для определения типа батареи. В свою очередь, определив тип батареи можно провести классификацию батарей внутри типа.

3.4 Классификация АБ внутри типа

Классификация батарей внутри типа позволит выделить группы батарей и оценить, диагностируемую батарею, относительно батарей находящихся в соседних группах. Пример такой классификации приведен в разделе 3.1 (табл. 3.2, рис. 3.2). Но для такой классификации требует подбора шкалы реперных точек, характерной для конкретного типа АБ и для конкретного состояния. Учитывая, что только исследуется 6 типов батарей, каждая из них может находиться в трех различных состояниях (заряжена, частично разряжена или разряжена) количество шкал составляет 18. Это не считая четырех шкал для определения типа батареи и ее состояния. Такое число шкал может значительно усложнить реализацию комплексной системы диагностики батарей на основе методов классификации.

Неоднозначность определения типов АБ через относительное отклонение MK (одному типу могут соответствовать 2, 3 и более значений MK) наталкивает на мысль о возможности проведения более глубокой классификации, с использованием одной шкалы. Подгруппы внутри типов будут выделяться параллельно выделению классов, соответствующих типам батарей. Достигнуть этого можно подобрав каждому типу АБ шкалу, содержащую не 6 реперных точек (по числу типов), а несколько больше.

Проведем классификацию частично разряженных батарей, используя для этого шкалы реперных точек {28,330; 26,710; 25,090; 9,533; 8,667; 7,800; 6,455; 6,651; 6,847; 5,118; 5,571; 6,023; 4,957; 4,484; 4,011; 3,144; 2,920; 2,695}. В этой шкале в качестве значений выступают минимальное, среднее и максимальное значения активного сопротивления для каждого типа. Среднее значение вычислялось как среднее арифметическое крайних значений.

В качестве критерия классификации был выбран параметр активного сопротивления батарей в частично разряженном состоянии. Это сделано с целью сопоставления значений относительного отклонения MK и резервной емкости CR, измеренной у батарей, находящихся именно в этом состоянии.

В результате классификации исследуемые батареи распределены по 26 классам (табл. 3.6). Путем объединения нескольких классов в один можно выделить тип батареи. Внутри типов выделены подгруппы. Их число различно и варьируется от 2 (для типа FIAMM 20720) до 8 (для типа Panasonic 7523) (табл. 3.6). Сопоставляя значения резервной емкости CR батареи с соответствующим ей относительным отклонением MK можно заметить, что эти параметры в целом коррелируют пределах одного типа, но присутствуют данные выпадающие из корреляционной зависимости.



Таблица 3.6

Тип АБ

№ АБ

Резервная емкость C20, Ач

Активное сопротивление R, мОм

Относительное отклонение MK

20720

12

13,80

28,330

-0,951

14

14,20

27,590

15

14,70

26,810

-0,938

13

15,00

25,110

-0,926

16

14,50

25,090

3819

17

29,33

8,097

-0,111

20

27,31

8,612

16

30,16

7,840

-0,086

21

28,21

7,800

5524

41

41,38

6,847

0,037

83

44,14

6,802

0,062

44

42,58

6,754

0,086

84

44,26

6,706

42

42,56

6,531

0,111

43

44,06

6,455

0,123

7523

26

59,20

6,023

0,272

14

59,03

5,897

0,333

17

65,42

5,689

0,358

13

67,04

5,626

0,395

25

44,39

5,480

0,407

24

69,05

5,395

0,457

30

75,49

5,275

0,494

27

79,05

5,118

0,531

10530

15

78,44

4,957

0,568

10

93,55

4,713

0,679

9

93,19

4,642

0,728

20

120,24

4,078

0,815

21

111,36

4,011

0,840

12160

98

363,26

3,144

0,926

99

241,12

3,121

1

300,49

2,695

0,951

2

282,07

2,758

Так, например, тип Panasonic 7523 содержит 8 подгрупп, в которые попали батареи со значениями резервной емкости от ~44 до ~79 мин. С возрастанием значения MK значения резервной емкости входящих в подгруппу батарей также возрастает. Это прослеживается со всеми подгруппами типа 7523 кроме подгруппы со значением MK = 0,407. Указанная подгруппа находится в середине ранжированного списка подгрупп (пятая по порядку). Однако именно она содержит батарею с минимальным значением емкости CR = 44,39 мин (табл. 3.6).

Надо заметить, что критерием классификации выбран параметр активного сопротивления. А результат классификации – вычисленное значение относительного отклонения MK в табл. 3.6 сопоставляется со значениями резервной емкости. При первом рассмотрении содержимого подгрупп типа Panasonic 5524 можно решить, что упомянутая выше корреляция емкости CR и отклонения MK не прослеживается. Действительно, в ранжированные по возрастанию параметра MK подгруппы попали батареи с чередующимися емкостями ~41/ ~44 мин., ~42/ ~44 мин. Однако, если оценить максимальное (CRmax = 44,26 мин.) и минимальное (CRmin = 41,38 мин.) значения резервных емкостей внутри типа, то окажется, что разница между ними составляет всего 1,88 мин. (табл. 3.6). На практике такой разброс значений, вероятно, будет даже не замечен.

Разброс значений активного сопротивления батарей типа 5524 также невелик и составляет всего 0,392 мОм. Это значение находится в пределах погрешности средства измерения, которая для минимального значения сопротивления в типе 5524 R = 6,455 мОм составляет ± 0,323 мОм. А потому все исследуемые батареи типа 5524 можно отнести к одному классу, объединив полученные подгруппы в одну.

По той же причине не удается достоверно классифицировать по качеству батареи типа FIAMM 12UMTB160. Как можно видеть этот тип содержит 2 подгруппы. Значения активного сопротивления батарей попавших в эти подгруппы однозначно коррелируют со значениями MK подгрупп. Однако, сопоставляя значения MK с резервной емкостью этих батарей такой корреляции не прослеживается. Разброс значений сопротивления батарей этого типа составляет 0,449 мОм, что также находится на уровне погрешности средства измерения. Недостоверность классификации батарей этого типа усугубляется характером корреляционной функции сопротивления R и резервной емкости CR, который был показан в разделе 2.1.5. Очевидно, для прогнозирования значений CR батарей высокой емкости недостаточно точности измерения параметра активного сопротивления.

Не смотря на возможное уменьшение числа шкал реперных точек и, как следствие, упрощение реализации комплексной системы диагностики приведенный выше вариант классификации не удобен тем, что каждый тип содержит в себе различное количество подгрупп. Принадлежность батареи к той или иной подгруппе можно интерпретировать как ее оценку по N-бальной шкале, где N – число подгрупп в типе. Объекты, оцененные по N-балльным шкалам, где N – может принимать различные значения, невозможно сравнивать.

В связи с этим необходимо подобрать шкалы реперных точек для каждого типа батарей, находящихся в каждом из трех возможных состояний. Таким шкалами могут стать множества, содержащие всего 3 элемента: максимальное, среднее и минимальное значения активного сопротивления батарей типа. Среднее значение вычисляется как среднее арифметическое от крайних (минимального и максимального) значений сопротивления. Например, для классификации батарей внутри типа Panasonic 7523 подобрана шкала реперных точек {6,023; 5,571; 5,118}. В результате классификации исследуемые АБ были разделены на 4 класса (табл. 3.7).

Таблица 3.7



№ АБ

Резервная емкость C20, Ач

Активное сопротивление R, мОм

Относительное отклонение MK

14

59,03

5,897

-1

16

48,08

5,815

26

59,2

6,023

15

65,24

5,63

-0,5

17

65,42

5,689

19

64,04

5,77

20

67,16

5,546

0,5

21

64,2

5,488

24

69,05

5,395

27

79,05

5,118

1

30

75,49

5,275

31

75,49

5,262

По сравнению с результатами предыдущей классификации (табл. 3.6) применение отдельных шкал реперных точек для каждого типа АБ разделяет исследуемые батареи на 4 подгруппы (табл. 3.7). При сравнении значений относительного отклонения MK и резервной емкости CR наблюдается некоторая корреляция. Это позволяет в зависимости от принадлежности к определенному классу оценивать батарею внутри класса относительно других АБ по четырех балльной шкале.

Надо заметить, что применение шкал реперных точек, подобранных вышеуказанным методом, дает одинаковое количество классов с одинаковыми значениями относительного отклонения MK (-1; -0,5; 0,5; 1). Количество классов и значения MK остаются неизменны при классификации батарей всех типов и состояний. Встречались, однако, случаи разбиения исследуемых батарей на 3 класса. Но связано это было с отсутствием в выборке батарей соответствующих неопределившемуся классу.

Выводы по главе


  1. Адаптирован алгоритм классификации для оценки батарей относительно других того же типа.

  2. Предложен способ классификации батарей по их типу, подобраны шкалы реперных точек для батарей находящихся в различных степенях заряженности.

  3. Предложен метод определения степени заряженности батареи путем классификации по критерию напряжения разомкнутой цепи.




Каталог: scientific activities
scientific activities -> Результаты участия в Межрегиональном (с международным участием) конкурсе научно-исследовательских работ студентов – будущих учителей начальных классов и воспитателей доу
scientific activities -> Учебно-методическое пособие по подготовке к сдаче кандидатского минимума
scientific activities -> Структурно-семантические особенности формирования бронетанковой терминологии в английском языке
scientific activities -> Д т. н., доц. А. В. Косых 15 декабря 2012 г
scientific activities -> Учебно-методическое пособие по подготовке к сдаче кандидатского минимума
scientific activities -> Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности
scientific activities -> Научная школа-направление
scientific activities -> Отчет по результатам работ по Государственному контракту №112 от 20. 08. 2009 г. «Развитие человеческого капитала для региона инноваций»
scientific activities -> Постчеловеческое время
scientific activities -> Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал