Способ определения времени хранения и отбраковки химического источника тока

 

Использование: для отбраковки химического источника тока (ХИТ) и определения времени его хранения. Сущность изобретения: способ позволяет, не разрушая ХИТ, определить наличие саморазряда в нем за время порядка нескольких часов. Для этого измеряют ЭДСЈХ ХИТ при комнатной или иной температуре и ЭДС ех(Т) и внутреннее сопротивление ХИТ гх (Т) для слаботокового разряда при достаточно низкой температуре Т, при которой гх(Т) достаточно велико, и, если разность между изменением ЭДС испытываемого ХИТ и изменением ЭДС, характерным для ХИТ данного типа при данном изменении температуры, отрицательна , испытываемый ХИТ обладает саморазрядом , обусловленным наличием электрической закоротки электродов внутри ХИТ. По результатам измерений рассчитывают время жизни испытываемого ХИТ. 1 з.п. ф-лы. чя Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4858711/07 (22) 09.08.90 (46) 07.10.92. Бюл. ¹ 37 (71) Научно-производственное объединение

"Квант" (72) А,3. Шехтман (56) 1. Методы ускоренных испытаний аккумуляторов в заряженном состоянии на сохраняемость. Порядок работы. ОСТ

16;0.688,058 — 74, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 1127031, кл. Н 01 М 10/42, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ

ХРАНЕНИЯ И ОТБРАКОВКИ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА (57) Использование: для отбраковки химического источника тока (ХИТ) и определения времени его хранения. Сущность изобретения; способ позволяет, не разрушая ХИТ, Изобретение относится к способам определения времени хранения и отбраковки химического источника тока (ХИТ) и может быть использовано в электротехнической промышленности, Известны способ, описанный в (1), и способ, защищенный авт.св. N 1127031 (2), Способ определения времени хранения химического источника тока, описанный в (1), состоит в определении для большой группы ХИТ из исследуемой партии време- ни хранения при повышенной температуре и коэффициента ускорения К процесса саморазряда ХИТ при хранении при повышенной температуре, Для этого выбранную группу ХИТ хранят при двух повышенных температурах различное время и затем раз Ыц» 1767587 А1 (51)5 Н 01 M 10/42, 6/50, G 01 R 31/36 определить наличие саморазряда в нем за время порядка нескольких часов, Для этого измеряют ЭДСях ХИТ при комнатной или иной температуре и ЭДС я (Т) и внутреннее сопротивление ХИТ гх (Т) для слаботокового разряда при достаточно низкой температуре Т, при которой гх(Т) достаточно велико, и, если разность между изменением ЭДС испытываемого ХИТ и изменением ЭДС, характерным для ХИТ данного типа при данном изменении температуры, отрицательна, испытываемый ХИТ обладает самгразрядом, обусловленным наличием электрической закоротки электродов внутри

ХИТ. По результатам измерений рассчитывают время жизни испытываемого ХИТ. 1 з.п. ф-лы. ряжают их, определяя остаточную емкость и время хранения при повышенной температуре. После этого определяют время хранения г ХИТ из исследуемой партии при нормальной температуре, умножая время хранения при повышенной температуре на коэффициент К.

Указанный выше способ является разрушающим, требует разряда большого количества ХИТ и достаточно большого времени хранения для определения К и т.

Наиболее близким к изобретению является способ определения времени хранения химических источников тока, защищенный авт.св. N 1127031 (2), заключающийся в измерении падения ЭДС Ле после достижения стабильного характера ее изменения в процессе хранения испытываемого ХИТ в

V (, Ь

4 (Л

ОО 4 а

1767587 течение времени, достаточного для измеримого изменения ЗДС,и в предварительном хранении при повышенных температурах одного или более контрольных источников тока из испытываемой партии ХИТ до потери ими емкости не менее чем на 5% от первоначальной с одновременным измерением падения ЭДС в процессе хранения и с последующим разрядом контрольных источников тока для опрекделения оставшейся в них емкости, после чего по данным измерений рассчитывают время хранения тиспытываемого источника тока.

Указанный выше способ требует разряда некоторого количества контрольных ХИТ из испытываемой партии, а также достаточно большого времени для определения г.

Цель изобретения — ускорение определения времени хранения и отбраковки ХИТ путем существенного уменьшения времени, затрачиваемого на процедуру определения

Г, и исключения необходимости разрушения

ХИТ из испытываемой партии, Сущность изобретения заключается в измерении ЭДС ХИТ c$ } ори комнатной температуре и ЭДСях (Т) при пониженной температуре Тк при которой впервые начинает выполняться неравенство:

rog) > (макс(д V, д Ep(T)))l o у где ro(T) — характерная величина внутреннего сопротивления ХИТ данного типа для слаботокового разряда при температуре Т; д V — минимальная, надежно измеряемая с помощью используемого вольтметра, величин напряжения; д ep(T) — характерный среднеквадратичный разброс значений естественного теомодинамического изменения ЗДС gE (Т)

ХИТ данного типа при понижении температуры от комнатной до температуры Т;

lp р — минимальная величина тока само разряда, которую предполагают определять данным способом.

Затем определяют внутреннее сопротивление ХИТ гх(Т) при пониженной температуре Т из результатов разряда ХИТ на высокоомное внешнее сопротивление R no формуле: (Т) е, Т вЂ” 0„т где 4(Т) — напряжение на ХИТ при разряде на высокоомное внешнее сопротивление R при температуре Т.

После этого определяют величину тока саморазряда Ix по формуле;, зо 4 Б S ЛЕх(Т} — Ь го Т}}

rx (T)

"О(Ле, P) — h,ÿ„(T)), где Лех(Т) = ях٠— ех, ABS(y) — обозначает х абсолютное значение величины у, а

1, если у >О, 0(v) =

5 О, если у «< О.

Причем, если lx Р = О, то ХИТ годен к эксплуатации, в ином случае определяют время хранения ХИТ тх (ожидаемое время снижения номинальной емкости Q íà P%) по фор10 муле:

0 р/1 ОО ср

Ix и, если тх ниже требуемого времени хранения ХИТ данного типа, испытываемый ХИТ подлежит отбраковке.

Более простой способ отбраковки, не требующий знания rx(T), состоит в отбраковке ХИТ при условии выполнения следующего неравенства:

Л Ex(T) < .Л Ep(T) — К1 д fp(T), где K> — положительная константа (1 < К1 < 6), выбор которой определяется конкретными эадачайи отбраковки, Увеличение К1 повышает достоверность отбраковки, но повышает и уровень тока саморазряда, при превышении которого происходит отбраковка. Однако последний всегда может быть понижен использованием более низкой температуры Т и соответственно более высокого значения rp(T) путем выбора значения to в 2К1 раз меньше максимального допустимого для данного типа

ХИТ значения тока саморазряда, Повышение достоверности отбраковки при увеличении К1 обусловлено тем, что ХИТ, как хорошие, так и обладающие браком, имеют разброс значений температурного хода

ЭДС, Кривые плотности вероятности определенных значений Ля (Т) у них перекрываются при малых К>. Для нормального распределения, естественного в рассматриваемом вопросе ввиду огромного количества случайных факторов, воздействующих на температурный ход ЭДС, влияние выбора К1 на достоверность отбраковки приведено в нижеследующей таблице.

Иэ таблицы видно, что условие Лeх(Т) <

Лео(}) — K} д ео(Т) с высокой степенью достоверности отбраковывает ХИТ с током саморазряда большим; чем 2К14сР; уже при K< >

Возможность практического применения способа основана на существенном возрастании внутреннего сопротивления ХИТ с жидким электролитом при достаточно низких температурах и, следовательно, изменении соотношения падений напряжений на внутреннем сопротивлении и эффективном сопротивлении самораэряда. Для воэмож1767587 ности определения наличия в ХИТ саморазряда с током более сильным, чем I, Р, необходимо понижение температуры от комнатной до такой температуры Т, при которой изменение падения напряжения на внутреннем сопротивлении ХИТ, равное при токе IoсР величине ro(T)lo Р, во-первых, можно зарегистрировать используемым вольтметром и, во-вторых, оно больше д eo(T) величины характерного среднеквадратичного разброса значений естественного термодинамического изменения ЭДС

ХИТ данного типа при понижении температуры от комнатной до температуры Т, т,е. необходимо понижение температуры до величины Т, такой, при которой выполняется соотношение:

ro(T) (Mare(а/,В (т)))/1;

При этом изменение напряжения Лex(T) на испытываемом источнике тока, обладающем электрической закороткой электродов, при понижении температуры от комнатной до температуры Т равно приблизительно

Л б с(Т)-гх(Т) lx Р с точностью до РазбРоса зн ачений естественного изменения ЭДС порядка нескольких значений д е,(T) {так как внутреннее сопротивление ХИТ при комнатной температуре и относительное изменение эффективного сопротивления пути саморазряда при понижении температуры, как правило, невелики) и условие

Л - x(7) < Л zo{T) K1 д бо(Т) эквивалентно (с учетом д ео(Т)=го{Т)1О Р и того, что при слабых токах саморазряда гх(Т)

= го(Т)) условию

1 сР > К 1 сР т,е. отбраковка ХИТ по неравенству Л х(Т) <

< Ле,(Т)-К1 д е {Т) эквивалентна отбраковке

ХИТ по заданному уровню тока саморазряда KZIooР. Как видно из вышепРивеДенной таблицы,Kz следует положить равным 2К1, Пример, Пусть, например, необходимо отбраковать литиевые источники тока и . определелить время их хранения на основе электрохимической системы Li/1MLICI04 в

ПК+ДМЕ{1;1)/Мп02 рулонной конструкции с площадью электрода 10 см с типичным значением ЭДС при комнатной температуре Eo = 38 и номинальной емкостью Q =

+)

=0,16А ч. Пусть испо-ьзуемый вольтметр позволяет измерять напряжение на испытываемых источниках тока с точностью до дЧ =

=10 В, И пусть типичный разброс значений

-з изменения ЭДС испытываемых источников тока при охлаждении дно(Т) =- 10 В. Пусть также отбраковка источников тока должна происходить при токе саморазряда большем, чем 1с Р =- 10 А. ДлЯ этих целей необср -б ходимо охлаждение источников тока до температуры Т, при которой внутреннее сопротивление источника fo(T) при слаботоковом разряде (с анодной поляризацией (<50мВ) становится выше

5 максуд У, дя, Т

1сР

10 А

10 =10 Ом, Пусть для источников тока испытываемого типа это происходит при Т = -40 С, а типичное изменение ЭДС при понижении температуры от комнатной до Т = -40 С рав15 но Лес(-40 С) = 0,04В. Выберем коэффициент К, характеризующий достоверность отбраковки, К =3. Значение внешнего сопротивления R для определения rx(T) можно выбрать порядка эффективного сопротивле20 ния пути саморазряда при токе саморазряда31О =310 А,те. R= =100м. ср -б 4 б

3 1оР

Возьмем два источника тока рассматриваемого типа, Пусть е = e{+ = ЗВ. Поставим источники в холодильную камеру, понизим температуру в камере до T = -40 С и выдержим источники в ней в течение 2ч. Пусть

e>(-40 С) = 3,04В, а vz(-40 С) = 2.9В, При этом

Л р(-40 С) =- 3,04  — 3 В = 0,04 В, Л Fz(-40 С) =

=2,9В - 3В = -0.,1В, Так как Л ю(-40 С) < Л е„° х{-40 С) — К" 8 ео(-40 С) = 0,048 - 3 0 01 В = 0:01 В, во втором источнике тока происходит саморазряд. Ток саморазряда второго источника

35 тока и ожидаемое время снижения (вследствии саморазряда) его емкости, например, на

5% соответственно, „А в s A Ez — с с) — A eo (— у с)) тг(-40 С}

104 Ом

1.4 10 А

0 рl 100 0,16 А-ч 5/100

z z

6 1,4 10 А

570 ч =24 дня.

В сравнении с прототипом, в качестве которого выбран способ, защищенный авт.св. М 1127031 (2j, описанный способ является полностью неразрушающим. В прототипе разрушают {полностью разряжают) контрольные образцы из испытываемой партии, в предлагаемом способе ни один

ХИТ не разрушают. Данный способ существенно сокращает продолжительность процедуры определения времени хранения

ХИТ, Время, затрачиваемое на процедуру, в этом способе определяется временем ох1767587 лаждения ХИТ, т.е. порядка 2ч. Характерное время, затрачиваемое на аналогичную процедуру в прототипе, — месяц. Сокращение продолжительности процедуры определения времени хранения позволяет использовать отбракованные образцы, реализуя их сразу после контроля в течение времени, существенно меньшего времени их хранения, Процедура определения времени хранения в прототипе — более трудоемкая и включает много различных операций: 1) длительное хранение контрольных ХИТ при высокой температуре с периодическими измерениями ЭДС; 2) полный разряд контрольных ХИТ по окончании хранения при заданной температуре для определения остаточной емкости; 3) длительное хранение испытываемых ХИТ при нормальной температуре с периодическими измерениями

ЭДС. Процедура определения времени хранения в описанном способе состоит в измерении ЭДС и напряжения на ХИТ при подключении высокоомного сопротивления при комнатной и пониженной температурах, непродолжительна и легко поддается автоматизации, Формула изобретения

1, Способ определения времени хранения и отбраковки химического источника тока, заключающийся в измерении ЭДС химического источника тока, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью ускорения способа, измеряют ЭДС е>< испытываемого ис(+) точника тока при комнатной температуре и его ЭДС ех (Т) и внутреннее сопротивление гх(7) для слаботокового разряда при температуре Т, определяемой из формулы

p(T) > (макс(дЧ д Ep(T)))l I p р, где го(Т) — характерная величина внутреннего сопротивления химического источника данного типа для слаботокового разряда при температуре Т; дЧ вЂ” минимальная, надежно измеряемая с помощью используемого вольтметра, величина напряжения; д Ep(T) — характерный среднеквадратичный разброс значений естественного термодинамического изменения ЭДС Ле,(Т) химического источника тока данного типа

5 при понижении температуры от комнатной доТ; ср

4 р — минимальная величина тока саморазряда для испытываемого химического источника тока, которую предполагают оп10 ределять данным способом, после чего определяют величину тока саморазряда ix по формуле

15 х х 0(Ля,(T) — h,е (T)) где Лем(Т) = ех(Т) - ех "ABS(y) — абсолютное значение величины

У

1, если у >О йу) =

О, если у< О, и, если l>; = О, то химический источник тока ."-р

25 годен к з«сплуатации, в ином случае определяют время хранения химического источника тока zx (ожидаемое время снижения номинальной емкости 0 íà р 0) по формуле

Q р/100 ср

lx и, если тх ниже требуемого времени хранения химического источника тока данного типа, то испытываемый химический источник тока подлежит отбраковке. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса отбраковки, химический источник тока отбраковывают при условии выполнения следующего неравенства;

Л Ех(Т) < Л Е,(Т) - K1 д е,(т), где К вЂ” положительная константа (1<6), выбор которой определяется конкретными

45 задачами отбраковки, 1767587

Составитель А. Шехтман

Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор Б.Федотов

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

Заказ 3553 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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