Способ измерения остаточной емкости химического источника тока

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве и при эксплуатации химических источников тока для измерения их остаточной емкости. Целью изобретения является сокращение длительности и энергоемкости измерительного процесса . Для измерения остаточной емкости испытуемого источника подают на него одиночный прямоугольной формы положительный зарядный импульс постоянного напряжения, равного (1,0...1,5) ир.ц., где U р.ц. напряжение разомкнутой цепи испытуемого источника, длительностью - 10 , измеряют установившееся значение тока в течение измерительного импульса, а остаточную емкость определяют по предварительно установленной для данного типа химического источника тока функциональной зависимости остаточной емкости от установившегося значения тока во время измерительного импульса постоянного напряжения . 4 ил.. (Л С

СО|03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s Н 01 M 10/48

ГОСУДАРСТВЕННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4841221/07 (22) 10.04;90 (46) 07,03.92. Бюл, 9 (71) Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта. (72) П.И.Лежнев (53) 621.355.1(088.8) (56) Багоцкий В.С, и др. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981, с. 150.—

152.

Дасоян М.А. Химические источники тока. Справочное пособие. Л,: Энергия, 1969, с. 107, 110, 173, 531, Теньковцев В.В. и др. Основы теории эксплуатации герметичных никель-кодлиевых аккумуляторов. Л.: Энергоатомиздат, Л.OÄ 1985 — 96, с. 52, 53.

; (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ЕМКОСТИ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть исИзобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в процессе изготовлений и. эксплуатации химических источников тока (ХИТ), Известен способ определения степени заряженности аккумуляторной батареи. путем заряда ее пульсирующим током, измерения на ней напряжения пульсации переменной составляющей зарядного тока, сравнения измеренной величины с экспериментальным графиком и оценки степени saряженности аккумуляторной батареи по графику зависимости напряжения пульсации переменной составляющей зарядного

„, . >ЫÄÄ1718305 А1 пользовано в производстве и при эксплуатации химических источников тока для измерения их остаточной емкости. Целью изобретения является сокращение длительности и энергоемкости измерительного процесса, Для измерения остаточной емкости испытуемого источника подают на него одиночный прямоугольной формы положительный зарядный импульс постоянного напряжения, равного (1,0...1,5) ОР.ц., где V р.ц, — напря>кение разомкнутой цепи испытуемого источника, длительностью 10 — 10, измеряют установившееся значение тока B течение измерительного импульса, а остаточную емкость определяют по предварительно установленной для данного типа химического источника тока функциональной зависимости остаточной емкости от установившегося значения тока во время измерительного импульса постоянного напряжения. 4 ил. тока ot степени заряженности аккумуляторной батареи (1). Недостаток этого способа заключается в сложности его осуществления, так как необходимо формировать пульсирующий. зарядный ток и измерять напряжение пульсаций переменной составляющей зарядного тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является принятый в качестве прототипа и реализованный в устройстве для контроля остаточной емкости гальванического элемента способ, согласно которому формируют и подают на испытуемый элемент однополярные положительные импульсы зарядного

1718305

35

50 напряжения, превышающие ЭДС испытуемого элемента, затем измеряют полную длительность искаженного импульса и по этому признаку судят о величине остаточной емкости испытуемого образца (2), К числу недостатков этого способа относятся сравнительно большая длительность измерительного процесса, включающая длительность измерительного импульса и длительность искажений этого импульса, появляющихся вследствие. переходных процессов; сравнительно высокая энергоемкость процесса вследствие необходимости . электропитания, например, генератора стабилизированных по частоте высокочастотных колебаний, устройств выделения полной длительности искаженного импульса и других вспомогательных процессов.

Цель изобретения заключается в сокращении длительности и энергоемкости измерительного процесса.

Цель достигается тем, что по способу контроля остаточной емкости гальванического элемента путем формирования и под: ачи на него однополярных положительных импульсов, превышающих напряжение разомкнутой цепи контролируемого источника, измерения полной длительности искаженного измерительного импульса и оценки по величине искажения измерительного импульса остаточной емкости подают на контролируемый источник одиночный прямоугольный формы импульс постоянного напряжения, равного (1,0...1,5) Up.ö., где

Up.ö. — напряжение разомкнутой цепи испытуемого источника, длительностью 10з —, 10, измеряют установившееся значение тока в течение измерительного импульса, а остаточную емкость определяют по предварительно установленной для данного типа

ХИТ функциональной зависимости остаточной емкости от установившегося значения тока во время измерительного импульса постоянного напряжения

Заявляемое техническое решение отличается. от прототипа-тем, что длительность измерительного импульса устанавливают в пределах от 10 до 10 с, величину (амплитуду) постоянного напряжения устанавливают равной (1,0...1,5) Up.ö., измеряют установившееся значение зарядного тока в течение измерительного импульса, а остаточную емкость испытуемого источника onределяют по предварительно установленной для данного типа ХИТ функциональной зависимости остаточной емкости, от установившегося значения тока во время измерительного зарядного импульса постоянного напряжения.

Это отличие позволяет сделать вывод о том, что заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна", Признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию

"существенные отличия".

Известно, что Теньковцев В.В., Центер

Б.И. Основы теории и эксплуатации герметичных никель-.кадмиевых аккумуляторов.—

Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1985 — 96, с. 52,53) по мере заряда аккумулятора при постоянном напряжении зарядный ток уменьшается (с. 531, рис. 185). Поэтому каждому уровню заряженности испытуемого химического источника тока соответствует конкретное значение зарядного тока. В предлагаемом способе использовано именно это свойство, Для осуществления способа на испытуемый элемент или батарею элементов подают одиночный кратковременный прямоугольной формы зарядный импульс постоянного напряжения.

Простейшая функциональная электрическая схема осуществления способа показана на фиг.1. Здесь резистор R служит для установки требуемого значения напряжения зарядного импульса, измеряемого вольтметром pV. Амперметр рА служит для измерения установившегося значения зарядного тока через испытуемый источник во время измерительного импульса постоянного напряжения, а ключом S1 замыкают и размыкают электрическую цепь, формируя заданную длительность измерительного импульса.

При подаче на испытуемый источник положительного постоянного напряжения зарядный ток не мгновенно достигает устойчивого, т.е, установившегося, значения, а спустя некоторое время, соответствующее продолжительности переходных процессов, длительности которых в ХИТ разных .ипов достигают десятков и сотен секунд (3, с,150). В топливных элементах переходный процесс. составляет, например.

10 с, а в источниках тока со свободным жидким электролитом он длится около 100 с (3, с. 152). Для электродных процессов в твердой фазе время переходных процессов увеличивается (3, с. 152).

Длительность импульса напряжения, подаваемого на ХИТ для измерения установившегося значения тока, должна превышать длительность переходного процесса испытуемого образца ХИТ для Toro, чтобы

1718305 установился стационарный электрохимический режим, при котором и измеряют установившееся значение зарядного тока.

Исходя из этого, в предлагаемом способе практическую длительность импульса на- 5 пряжения, подаваемого на испытуемый об-з з разец, устанавливают в пределах 10 — 10 с, Зти пределы длительности зарядного импульса перекрывают практическое время срабатывания измерительных средств и 10 практические пределы длительности переходных процессов в XNT. Для конкретных типов ХИТ рекомендуется конкретная длительность импульса, например длл никелькадмиевых аккумуляторов она находится в 15 пределах 1 — 10 с.

Таким образом, по предлагаемому способу заряд испытуемого источника осуществляют .одиночным . прямоугольным положительной полярности кратковремен- 20 ным импульсом постоянного напряжения длительностью 10 — 10 с.

Измерительный зарядный импульс устанавливают прямоугольной формы для то-,. го, чтобы при каждом измерении получить .25 одинаковые исходные условия для возникновения переходных процессов, а следовательно, наиболее достоверно обеспечить одинаковый стационарный электрохимический зарядный процесс в источнике, что 30 обеспечивает точность измерения. Одиноч.ный импульс исключает перезаряд источника в случае его полной заряженности, а главное дает экономию энергии на измерении. 35

Срок службы испытуемых источников в предлагаемом способе учитывают изменением величины постоянного напряжения . измерительного импульса, т.е, изменением амплитуды измерительного импульса. 40

Известно, что зарядное напряжение вторичных ХИТ выражается уравнением

Us = Ездс + Eп + Vo.з. 1з 1

45 где Š— ЭДС (напряжение разомкнутой цепи);

Ел — ЗДС поляризации; г0.з, — омическое сопротивление при заряде; 50

l3 — ток з-ряда (фиг,2).

Для осуществления заряда при 0з =

const надо выполнить условие ULU.è. U>. где Us — напряжение заряда источника, соответствующее данному уровню заряжен- 55 ности; U>,и, — амплитуда измерительного импульса, Стало быть нижний предел амп- . литуды измерительного импульса Ug. g.Op,ц. определяетсл условием обеспечивания заряда.

Известно, что по мере наработки изделий в эксплуатации в активйых массах электродов происходят необратимые процессы вида «ороозии решеток, кристаллизации сульфата свинца, сульфатации и др. Процессы старения вызывают снижение напряжения разомкнутой цепи и уменьшение электропроводности, т,е, увеличение омического сопротивления. Эти процессы и вызывают сни;кение разрядной емкости, По предлагаемому способу свежеизготовленные образцы испытывают при амплитуде измеригельного импульса, равной 1,5 Upp, Длл све:«аизготовленных образцов величина практически не оказывает влияния на величину установившегося значения тока в течение измерительного импульса. По мере исчер ния ресурса величину амплитуды измерительного импульса уменьшают, приближая ее при исчерпании гарантийного срока службы к величине фактического напряжения разомкнутой цепи испытуемого источника, Известно существенное влияние температуры окружающей среды на разрядную емкость ХИТ; В предлагаемом способе влияние тсмпературы учитывают известными метода;v„например посредством температурных коэффициентов емкости, Функционал ьнал зависимость остаточной емкости от величины установившегося значения тока в течение измерительного импульса может быть установлена для любой температуры.

При осуществлении предлагаемого способа при этой температуре нет необходимости учитывать температурную поправку. Если

;«е способ осуществляется при температуре, отличной от температуры функциональной зависимости, то полученный результат пересчитываетсл с учетом температурной поправки.

Залвляемый способ осуществляли при измерении остаточной емкости аккумуляторных батарей ЗН Кà — 10Д и гальванических элементов типа 373.

Построение экспериментальной функциональной зависимости остаточной емкости батарей ЗНКà — 10Д и элементов 373 от установившегося значения зарядного тока при воздействии единичного зарядного импульса постоянного напряжения провели по следующей методике.

Для испытаний использовали следующую аппаратуру: аналого-вычислительный комплекс АВК вЂ”.32, зав. М 4433, выпуск 1982; стабилизированный источник постоянного напряжения типа БСП-5, зав, N 894; осциллограф типа СВ-17 зав, М 9113; милливольтметр магнитоэлеткронной системы типа

1718305

МВА-47/5, зав. N 16908; лабораторные реостаты типа РСП-4, РПШ-5, РСП-З.

Для подготовки образцов к эксперименту батареи ЗНКГ-10Д заря>кали постоянным током 1А в течение 15 ч, Затем разряжали эти батареи постоянным током 1А первую в течение 1 ч, вторую в течение 3 ч и т.д.

Гальванические элементы 373 разряжали током 300 мА, Подавали единичный зарядный импульс длительностью 2 с постоянного напряжения

5В на батарею ЗНКà — 10Д и 2В на элемент

373 и измеряли установившееся значение зарядного тока в течение этого импульса.

Разряжали батарею ЗНКГ-10Д током 2А, а элемент 373 током 300 мА, для определения остаточной емкости использовали формулу

С1ост = 1р <р где1р — ток разряда;

tð — продолжительность разряда.

Разряд проводили до конечного разряд.ного напря>кения: батареи ЗНКà — 10Д, равного 2,7В, а элемента 373 — 1, Установившееся значение зарядного тока измеряли осциллографом и милливольтметром. ц>орма зарядного тока в течение воздействия на батарею и элемент единичного зарядного импульса постоянного напряжения практически прямоугольная.

Экспериментальная зависимость остаточной емкости батареи ЗНКà — 10Д и элемента типа 373 от установившегося значения зарядного тока измерительного импульса показана на фиг.З.

Полученную по изложенной методике экспериментальную зависимость испол ьзовали для измерения остаточной емкости других образцов аккумуляторных батарей

ЗНКà — 10Д и элементов типа 373, Для этого на образец батареи ЗНКà — 10Д подавали 2секундный импульс постоянного напря>кения 5В, а на элемент 373 — 2, Измеряли установившееся значение тока во время измерительного зарядного импульса и по значениям токов в графиках фиг,З для батарей

ЗНКà — 10Д и элементов типа 373 оценивали их остаточную емкость. После этого разря>кали непрерывно батареи ЗНКà — 10Д током

1А до напряжения 2,7 В, а элементы типа

373 — до напряжения 1 и оценивали остаточную емкость классическим методом, как произведение полученных значенлй тока и времени.

В девяти испытаниях максимальная погрешность по предлагаемому способу для батарей ЗНКГ-10Д по сравнению с классическим непрерывно-разрядным составила

8,5%, а для элементов типа 373 — 6,7, Технико-экономическая эффектлвность предлагаемого способа заключается в сокращении длительности и энергоемкости измерительного процесса и может быть оце5 нена следующим образом. В способе-прототипе длительность измерительного процесса включает в себя длительность самого измерительного импульса и длительность искажений измерительного импульса

10 (переходного процесса), вызванных соответствующим уровнем заряженности испытуемого образца. В способе-прототипе длительность измерительного процесса

Тпи равна

Ф с т и.и. + Г п.п где г и,и — длительность измерительного импульса в способе-прототипе;

20 т„„— длительность искажений измерительного импульса, вызванного переходными процессами (фиг.4).

В отличие от прототипа по предлагаемому способу установившееся значение за25 рядного тока измеряют в течение измерительного импульса, Длительность измерительного импульса напряжения и переходные колебания тока во времени совмещены, поэтому длительность

30 измерительного процесса ти.п. однозначно определяется длительностью измерительного импульеа ти и

Разница в длительности измерительных процессов составляет

I > //

+ и.п. Г и.п. =- Т и.и. Г и.и.

/г

При равенстве 7. i ., = t и,и, измерительных импульсов в способе-прототипе в 10 предлагаемом способе разница составляет с Г п.п.

Таким образом, сокращение длительности измерительного процесса в предлагаемом способе равно длительности переходных процессов, Если принять, что минимальная длительность измерительных импульсов равна длительности переходного процесса, то сокращение длительности измерительного процесса в предлагаемом способе по сравнению с прототипом сокращается в два раза.

55 Сокращение энергоемкости предлагаемого способа по сравнению с прототипом достигается за счет того, что для реализации предлагаемого способа не требуется электроэнергии для генерации импульсов эталон10

1718305

0 50 /00 50 200 мА

ЧсваноМшееся значение зарядного лака измерительного импульса иосгпояниого пап яжения

Фиг. 3 ной частоты и последующего их преобразования.

Формула изобретения

Способ измерения остаточной емкости химического источника тока (ХИТ) путем 5 формирования и подачи на него однополярных положительных импульсов, превышающих напряжение разомкнутой цепи контролируемого источника, измерения зависимости тока от времени в течение изме- 10 рительного импульса и оценки по измереннбму параметру и ранее установленной эталонной зависимости остаточной емкости ХИТ, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности и энерго- 15 емкости измерительного процесса, подают

/2

//

/О

У

Ъ;

7 б ф

5 ь ,у

/ одиночный прямоугольной формы импульс постоянного напряжения, равного (1,0.„1,5)

U>,ö, где Up,ц, — напряжение разомкнутой цепи испытуемого источника, длительностью 10 -10 с, измеряют установившееся значение тока в течение измерительного импульса, а остаточную емкость определяют по предварительно установленной для данного типа ХИТ эталонной зависимости остаточной емкости от установившегося значения тока во время измерительного импульса постоянного напряжения, причем амплитуду измерительного сигнала выбирают равной амплитуде сигнала, использованного при получении эталонной зависимпсти.

1718305

// // /, /) — / 0

Составитель П.Лежнев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор IVI.КУ ерявая

Редактор T. Юрчикова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 886 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5