Способ тестирования литиевого источника тока

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам диагностики литиевых химических источников тока. Способ включает разряд источника тока на внешнюю нагрузку и измерение его напряжения под нагрузкой. При этом сопротивление нагрузки уменьшают так, чтобы ток увеличивался до величины, при которой напряжение под нагрузкой источника тока отличалось от напряжения разомкнутой цепи на 0,001 В, при этом полученное значение тока сравнивают с эталонной величиной и при превышении эталона тестируемый источник тока бракуется. Технический результат заключается в возможности проводить неразрушающую диагностику элементов системы Li/SOCl2 без потери емкости. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении литиевых химических источников тока.

Повышение качества изготовления литиевых химических источников тока является важной задачей их производства. Для повышения качества изготовления литиевых химических источников тока необходимы надежные и информативные способы тестирования источников тока.

Известные способы тестирования химических источников тока предусматривают определение ряда их характеристик, в первую очередь, напряжение или ток разряда, электрическая емкость при полном разряде, характер изменения напряжения в течение разряда или при выключении и включении тока разряда. Значения перечисленных характеристик позволяют судить о качестве изготовления и степени сохранения работоспособности химических источников тока в процессе их эксплуатации. Так, в способе контроля разряженности стартерного серебряно-цинкового аккумулятора (А.С. 1078505, СССР, МКИ Н01М10/42,10/32. Способ контроля разряженности стартерного серебряно-цинкового аккумулятора и устройства для его осуществления / Гераськов В.П. - Заявл. 21.06.82; опубл. в Б.И. 1984, №7.) предлагается разряжать аккумулятор на эталонную нагрузку током 0,3-0,5 часового разряда в течение времени диффузионного процесса, снимать нагрузку и измерять скорость возрастания напряжения. В большом количестве работ предлагают проводить анализ разрядной кривой (Пат. 2182383 Россия, МПК7 Н 01 М 10/42, G01R31/36. Способ определения остаточной емкости свинцового аккумулятора / Маслаков М.Д. - №2000132131109. Заявл. 20.12; опубл.10.05.2002) или изменения напряжения при кратковременном разряде (А.С. 997143, СССР, МКИ Н 01 М 10/48. Способ определения емкости химического источника тока / Соловьев В.М. - Заявл. 01.12.80, № 3211364/24-07; опубл. в БИ, 1983, № 6). Анализ проводят, сопоставляя данные измерений с предварительно определенными зависимостями разрядного напряжения от отданной емкости и пропускаемого тока в основных режимах разряда. Подобные методы могут быть усложнены применением импульсного тока, что повышает их точность (А.С. 1003208, СССР, МКИ Н01М10/42. Способ определения остаточной емкости химического источника тока / Козинцев Б.Я.; НПО Квант. - Заявл. 21.07.81, № 3321563/24-07; опубл. в Б.И. 1983, №9).

Наиболее близким по технической сути является патент Великобритании №2350686 (Пат. 2350686 (Великобритания) МПК7G01R31/36. Switchtec Power Systems Limited / Adnan Anbuku, Philip Pascoe. - №9912778.9. Заявл. 03.06.1999; опубл. 06.12.2000; НПК G14). Изобретение касается метода определения емкости ХИТ, в первую очередь свинцового аккумулятора, но распространим и на другие виды ХИТ, включая и первичные источники тока. Метод предусматривает получение начального участка разрядной кривой тестируемого ХИТ. Снятие разрядной кривой возможно при токе, выбранном из широкого диапазона значений токов, и при температуре окружающей среды, выбранной также из широкого диапазона значений. При снятии начального участка разрядной кривой затрачивается от 1 до 10% номинальной емкости ХИТ.

Полученный начальный участок тока разрядной кривой содержит "провал" напряжения, после нижней точки которого (Uпр) разрядная кривая поднимается до разрядного напряжения Uр (фиг. 1).

Авторы патента установили, что электрическая емкость ХИТ линейно зависит и от значений Uпр, и от значений Uр. Для тестируемого типа ХИТ эти линейные зависимости устанавливают предварительно. Они справедливы для широкого диапазона токов разряда и температуры окружающей среды. При тестировании определяют Uпр, или Uр исследуемого ХИТ и по предварительно установленным зависимостям емкости от значений Uпр или Uр определяют емкость тестируемого ХИТ.

Описанный метод позволяет определить емкость, оставшуюся после частичного разряда или саморазряда ХИТ, не прибегая к полному разряду источника тока. Однако этот метод не позволяет прогнозировать уровень саморазряда свежеизготовленных источников тока и отбраковывать ХИТ, обладающих недопустимо высоким саморазрядом.

Перед авторами стояла задача разработки способа тестирования литиевого ХИТ, позволяющего прогнозировать уровень саморазряда свежеизготовленного источника тока для отбраковки ХИТ с недопустимо высоким саморазрядом.

Поставленная задача решена тем, что снимается и исследуется начальный участок вольтамперной кривой тестируемого ХИТ и определяется значение тока (Iреаг), при котором напряжение ХИТ становится равным напряжению разомкнутой цепи (НРЦ) минус 0,001 В. На фиг.2 представлен описанный начальный участок вольтамперной кривой литий-тионилхлоридного элемента ER14P.

Значение Iреаг зависит от скорости саморазряда литиевого ХИТ. Чем больше скорость саморазряда, тем больше значение Iреаг, поскольку саморазряд активирует рабочие поверхности электродов. Если предварительно определить значения Iреаг, отвечающие недопустимо высокому саморазряду, то эти значения можно использовать при прогнозировании уровня саморазряда свежеизготовленных литий-тионилхлоридных ХИТ и отбраковывать элементы с недопустимо высоким Iреаг, а значит и саморазрядом.

Предлагаемый способ тестирования литиевого источника тока состоит в следующем. Определяют область значений Iреаг, отвечающую недопустимому саморазряду элементов. Для этого выделяют партию из ХИТ, которые необходимо тестировать. Каждый из выбранных ХИТ поочередно включают в цепь, состоящую из переменного сопротивления с максимальным значением 15-20 МОм, цифрового вольтметра с точностью измерения не менее 10-3 В и микроамперметра с точностью измерения не менее 10-6 А. Уменьшают значение переменного сопротивления от максимального до величины, при которой разрядное напряжение становится меньше НРЦ на 0,001 В. Значения тока в этой точке принимают за величину Iреаг.

После определения Iреаг каждого из выделенной партии ХИТ разряжают несколько элементов и определяют их емкость. Оставшиеся элементы хранят при нормальных климатических условиях или повышенной температуре окружающей среды в течение определенного срока. После хранения элементы полностью разряжают и определяют величину потерянной емкости. Значения тока реагирования свежеизготовленных ХИТ, показавших недопустимо низкую емкость после хранения, принимают в качестве эталона для отбраковки литиевых ХИТ данного типа после их изготовления.

При проведении тестирования производимых литиевых ХИТ определяют по вышеописанной методике Iреаг каждого тестируемого элемента. Полученные значения Iреаг сопоставляют со значениями, принятыми в качестве эталона для данного типа ХИТ. При превышении значения Iреаг тестируемого ХИТ эталонного значения источник тока бракуется из-за недопустимого саморазряда.

Предложенный способ тестирования литиевых ХИТ имеет ряд достоинств. Значения токов реагирования Iреаг определяются на начальном участке вольтамперной кривой ХИТ и находятся в области микротоков разряда, что требует минимальные затраты времени (минуты) и емкости ХИТ (миллионные доли номинальной емкости). Электрическая установка для определения Iреаг простая и включает переменное сопротивление с максимальным значением 15-20 МОм, вольтметр с точностью до 10-3 В и микроамперметр с точностью измерений до 10-6 А.

Эффективность предлагаемого способа тестирования раскрывается приведенным ниже примером.

Пример. Провели тестирование предлагаемым способом партии свежеизготовленных цилиндрических литий-тионилхлоридных элементов ER14P с рулонной конструкцией блока электродов. Получены начальные участки вольтамперных кривых каждого элемента в области микротоков разряда. При проведении тестирования элементов использовали контрольно-измерительные приборы, перечисленные в табл. 1.

Таблица 1

Контрольно-измерительные приборы, использованные для получения вольтамперных зависимостей элементов

Наименование приборов Тип Количество, шт.
Вольтметр Sanwa PC520M 1
Микроамперметр Ф-195, ГОСТ 8711-78 1
Переменное сопротивление Диапазон изменения сопротивления
20 Ом-14 МОм
1

Испытания элементов проводили при нормальных климатических условиях. Перед снятием начального участка вольтамперной зависимости элементы выдерживали до установления постоянного значения НРЦ. Начальный участок вольтамперной кривой получали, разряжая элемент на переменное сопротивление. Значение сопротивления уменьшали от максимального до величины, при которой напряжение разряда становилось меньше значения НРЦ (измеряемого до третьего знака после запятой) на 0,001 В. Величину тока разряда в этой точке принимали за значение Iреаг. В табл.2 приведены номера тестируемых элементов, значения их НРЦ и Iреаг. Элементы разбиты на три группы по значениям Iреаг : 1 группа - Iреаг до 70 мкА; 2 группа - Iреаг от 70 до 100 мкА; 3 группа - Iреаг выше 100 мкА.

Таблица 2

Значения НРЦ и тока реагирования тестируемых свежеизготовленных элементов ER14P

Группа 1 Группа 2 Группа 3
№ элемента НРЦ,
В
Iреаг,
мкА;
№ элемента НРЦ,
В
Iреаг,
мкА;

элемента
НРЦ,
В
Iреаг,
мкА;
7253 3,644 20 7263 3,645 85 7261 3,644 140
7255 3,643 22 7265 3,641 84 7277 3,644 241
7257 3,644 55 7269 3,642 79 7278 3,644 225
7274 3,641 68 7279 3,645 78 7284 3,644 243
7280 3,646 57 7282 3,644 76 7285 3,643 147
7283 3,683 61 7289 3,646 100 7286 3,643 132
7296 3,648 52 7290 3,647 87 7292 3,644 156
7297 3,647 34 7299 3,646 99 7293 3,643 139
7298 3,646 32 7301 3,646 100 7304 3,644 119

По три свежеизготовленных элемента из каждой группы были разряжены до 2 В током 0,25 А. Остальные были выдержанны при нормальных климатических условиях в течение 12 и 18 месяцев и разряжены током 0,25 А до 2 В. Значения разрядной емкости всех испытанных элементов приведены в табл. 3.

Таблица 3

Разрядная емкость тестируемых элементов свежеизготовленных и после хранения

Группа № элемента Время хранения, месяц Разрядная емкость, А·ч Средняя разрядная емкость, А·ч Потерянная емкость, А·ч, %
1 2 3 4 5 6
1 7257 0 4,4 4,72 0
7297 0 5,05
7298 0 4,71
2 7282 0 4,48 4,84 0
7289 0 5,2
7290 0 4,48
3 7285 0 4,97 4,98 0
7292 0 4,97
7293 0 5,0
1 7253 12 3,94 4,14 0,58
12%,
7255 12 4,35
7280 12 4,13
2 7265 12 4,16 3,95 0,89
18,4%
7269 12 3,94
7279 12 3,75
3 7261 12 3,83 3,78 1,2
24%
7284 12 3,76
7304 12 3,75
1 7274 18 4,1 4,08 0,64
13,5%
7283 18 4,15
7296 18 3,99
2 7263 18 3,85 3,85 0,99
20,5%
7289 18 3,9
7299 18 3,8
3 7277 18 3,8 3,53 1,45
29%
7278 18 3,27
7286 18 3,52

Представленные в табл. 3 экспериментальные данные однозначно показывают, что чем больше Iреаг у свежеизготовленного элемента, тем больше скорость саморазряда данного элемента при последующем хранении. Так, элементы третьей группы, показавшие при тестировании в свежеизготовленном состоянии значения Iреаг больше 100 мкА, через год естественного хранения потеряли 24 % емкости, а через 1,5 года - 29 %. В то же время элементы первой группы, показавшие при тестировании в свежеизготовленном состоянии значения Iреаг меньше 70 мкА, через год естественного хранения потеряли только 12 % емкости, а через 1,5 года - 13,5 %.

Полученные данные подтверждают, что значения Iреаг, полученные при анализе начальных участков вольтамперных кривых свежеизготовленных элементов, позволяют прогнозировать уровень саморазряда этих элементов при последующем хранении. Опираясь на данные, приведенные в табл. 3, можно, по значениям Iреаг свежеизготовленных элементов ER14P, отбраковывать элементы с большими значениями Iреаг, как обладающие недопустимо большой скоростью саморазряда. Например, элементы с Iреаг, превышающим 70 мкА или 100 мкА (в зависимости от требований к срокам сохраняемости).

Тестирование свежеизготовленных литий-тионилхлоридных элементов по методу, являющемуся прототипом, не дает информации ни о емкости элементов, ни о скорости их саморазряда при последующем хранении. Это связано с тем, что разрядные кривые свежеизготовленных литий-тионилхлоридных элементов не имеют "провала" напряжения, который можно проанализировать согласно методу-прототипу.

Приведенный пример тестирования литий-тионилхлоридных элементов ER14P в соответствии с признаками, изложенными в формуле изобретения, подтверждает возможность практической реализации заявленного изобретения с достижением указанного технического результата. На основании изложенного можно сделать заключение о соответствии заявленного изобретения критерию "промышленная применимость".

Таким образом, проведенный анализ уровня техники дает нам право утверждать, что заявленная нами совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, неизвестна, что отвечает критерию "новизна".

Изучение технических решений с целью выявления существенных признаков нашего изобретения, совпадающих с признаком прототипа, показало, что заявленное нами изобретение не следует явно для специалиста в данной области из известного уровня техники. Считаем, что предлагаемое решение соответствует критерию - "изобретательский уровень".

На основании вышеизложенного считаем, что предлагаемое нами техническое решение может быть признано изобретением и защищено патентом Российской Федерации.

Способ тестирования литиевого источника, включающий разряд источника тока на внешнюю нагрузку и измерение его напряжения под нагрузкой, отличающийся тем, что сопротивление нагрузки уменьшают так, чтобы ток увеличивался до величины, при которой напряжение под нагрузкой источника тока отличалось от напряжения разомкнутой цепи на 0,001 В, при этом полученное значение тока сравнивают с эталонной величиной и при превышении эталона тестируемый источник тока бракуется.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при комплектовании батарей из аккумуляторов и диагностировании их технического состояния.

Изобретение относится к области технической диагностики и может использоваться для проверки исправности аккумуляторной батареи. Сущность: способ использует определение неравномерности распределения температуры по поверхности аккумуляторной батареи с последующим определением зон, имеющих повышенную температуру относительно смежного участка поверхности корпуса и местоположения выявленной зоны с повышенной температурой относительно элементов конструкции аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к области техники измерений, в частности к устройству для измерения остаточной емкости аккумулятора. которое содержит последовательно соединенные блоки: шунт, операционный усилитель, первый АЦП, масштабный делитель, первый температурный корректор, сумматор, триггер, вычислитель среднего значения, счетчик энергии, вычислитель заряда и индикатор; выходы таймера связаны со входами сумматора, триггера, счетчика энергии, вычислителя саморазряда и вычислителя заряда, а выход вычислителя саморазряда соединен со входом счетчика энергии; также устройство содержит последовательно соединенные резистивный делитель, второй АЦП и второй температурный корректор; кроме того, в составе устройства присутствует датчик температуры, выход которого соединен со входами первого температурного корректора, второго температурного корректора и вычислителя саморазряда; выходы первого и второго логических устройств соединены со входом счетчика энергии, а входы первого и второго логических устройств - с выходами первого и второго температурных корректоров.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматике электрических сетей. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к химическим источникам тока, а именно к определению остаточной емкости электрических аккумуляторов. Технический результат: обеспечение возможности определения остаточной емкости литий-ионного аккумулятора с положительным электродом на основе феррофосфата лития, повышение достоверности такого определения.

Изобретение относится к оценке состояния аккумулятора. Сущность: устройство определяет ток и напряжение на клеммах аккумуляторной батареи; использует их значения, чтобы оценивать значение на клеммах аккумуляторной батареи на основе предварительно определенной модели аккумулятора; и последовательно идентифицирует параметр модели аккумулятора так, что разность между значением на основе значения измерения напряжения на клеммах и оцененным значением напряжения на клеммах сходится к нулю.

Изобретение относится к работе батарей с проточным электролитом, в частности к системам управления, контроля, зарядки и/или разрядки батарей с проточным электролитом.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к бортовым системам контроля работоспособности и определения сроков обслуживания аккумуляторных батарей. .

Изобретение относится к устройству и способу оценки состояния батареи. .

Изобретение относится к мониторингу аккумуляторных модулей, каждый из которых содержит множество единичных элементов. .

Изобретение относится к контролю неисправностей в батарее конденсаторов, подключенной к системе электропитания, при этом батарея конденсаторов содержит множество конденсаторных блоков, которые разделены на две Y-секции. Сущность: способ содержит измерение фазного тока (100), вычисление среднеквадратичного значения, обозначенного как RMS, измеренных фазных токов (110), измерение тока несимметрии между двумя секциями (120), вычисление RMS-значения измеренных токов несимметрии (130), обнаружение фазового угла между измеренным фазным током и измеренным током несимметрии (140), вычисление значения тока несимметрии в относительных единицах на основе вычисленного RMS-значения измеренного фазного тока и вычисленного RMS-значения измеренного тока несимметрии (145), отслеживание и обнаружение изменения тока несимметрии между текущим вычисленным значением тока несимметрии в относительных единицах и предыдущим вычисленным значением (150), определение векторного скачкообразного изменения тока несимметрии (160), нормализацию фазового угла векторного скачкообразного изменения, чтобы он был одним из значений в 0°, 60°, 120°, 180°, 240° и 300° (170), идентификацию числа внутренних неисправностей и их соответствующих местоположений на основе определенного векторного скачкообразного изменения тока несимметрии и нормализованного фазового угла (200) и инициирование сигнала тревоги или аварийного отключения, когда определенное общее число внутренних неисправностей превышает первое или второе пороговые значения соответственно (210). Технический результат: повышение достоверности и чувствительности. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к системам для контроля работоспособности и диагностики неисправностей аккумуляторных батарей, состоящих из n последовательно включенных элементов. Сущность: способ включает обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки. Токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение. Технический результат: автоматизация процесса определения технического состояния как аккумуляторной батареи в целом, так и ее элементов, путем поэлементного контроля ее работоспособного состояния с возможностью одновременной регистрации отказа нескольких элементов аккумуляторной батареи во всем диапазоне режимов работы системы автономного электроснабжения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к контролю аккумуляторных батарей. Сущность: устройство оценки состояния заряда включает в себя первый и второй арифметические блоки, а также арифметический блок коррекции. Первый арифметический блок 30 выполнен с возможностью вычисления в качестве первого значения оценки состояния заряда текущего значения оценки состояния заряда, вычисляемого на основе емкости батареи, последнего значения оценки состояния заряда и электрического тока, протекающего между устройством 3 управления током и устройством 1 накопления энергии. Второй арифметический блок 31 выполнен с возможностью вычисления во время непрерывного управления током в качестве текущего значения второй оценки состояния заряда значения оценки состояния заряда, вычисляемого на основе модели эквивалентной схемы батареи и напряжения батареи, а во время непрерывного управления напряжением - с возможностью вычисления в качестве второго значения оценки состояния заряда текущего значения состояния заряда, вычисляемого с учетом изменения сопротивления батареи на основе модели эквивалентной схемы батареи и напряжения батареи. Арифметический блок 32 коррекции выполнен с возможностью периодической коррекции первого значения оценки состояния заряда на основе второго значения оценки состояния заряда. Технический результат: повышение точности оценки состояния заряда и износа батареи. 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области технической диагностики аккумуляторной батареи. Сущность: способ диагностирования аккумуляторной батареи с жидким электролитом использует определение неравномерности распределения температуры по поверхности аккумуляторной батареи с последующим определением зон, имеющих повышенную температуру относительно смежного участка поверхности корпуса и местоположения выявленной зоны с повышенной температурой относительно элементов конструкции аккумуляторной батареи. При этом определяют неравномерность температуры поверхности корпуса аккумуляторной батареи по высоте отдельной секции аккумуляторной батареи, определяют границу зоны с повышенной температурой поверхности корпуса для этой секции аккумуляторной батареи и эту границу зоны фиксируют как уровень заливки электролита в этой секции аккумуляторной батареи. Сравнивают эту определенную границу зоны с повышенной температурой с минимально допустимым уровнем электролита. Если этот определенный уровень электролита ниже минимально допустимого уровня, то диагностируют, что в данной секции имеется пониженный уровень электролита. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к комплексным контрольно-проверочным системам, а именно к бортовым системам для контроля работоспособности и диагностики неисправностей, обслуживаемых и необслуживаемых аккумуляторных батарей, состоящих из n последовательно включенных элементов, и в первую очередь Li-ion аккумуляторов, применяемых в системах автономного электроснабжения на транспортных средствах. Технический результат - автоматизация процесса определения технического состояния как аккумуляторной батареи в целом, так и ее элементов путем поэлементного контроля ее работоспособного состояния. Согласно изобретению способ автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи включает обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки, токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх