Способ определения остаточной емкости химического источника тока

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е <ц 1оозео8

ИЗОБРЕТЕНИЯ к авто) скомь сви,цительствю (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 21.07.81 (21) 3321563/24-07 {5) )Я. Кл. з

Н 01 М 10/42 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Гееумрстеевхьй квинтет

СССР

Опубликовано 07.03.83. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 07.03.83 вв деваю изобретения и втхрьинй

{53) УДК621.355..1 (088.8) ъ

Ф

1 (72) Автор изобретения

Б. Я. Козинцев

Научно-производственное объединение Квант (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ

ЕМКОСТИ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА

ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу определения остаточной емкости (Яост ) химического источника тока (ХИТ) без проникновения внутрь испытуемого элемента.

Параметры, зависящие от остаточной емкости, можно найти в выходных динамических характеристиках элемента после воздействия на него возмущающих импульсов.

Как известно, внутреннее омическое сопротивление ХИТ практически не зависит от его остаточной емкостие При разряде источника незначительно изменяется сопротивление компонентов его электродов (сопротивление разных электродов источника, как правило, изменяется в противоположных направлениях).

Значительный разброс внутреннего омического сопротивления цараллельных 20 источйиков перекрывает наличие некотсьрой зависимости внутреннего омического сопротивления от Я . дпя средних значений.

Попяризационное сопротивление ХИТ зависит от Яост . Существует много способов определения остаточной ем- . кости ХИТ, основанных на определении параметров динамических характеристик, зависящих от полного внутреннего carr ротивления (Яви ) испытуемого элемента или его составляющих.

Известен способ (1), согласно которому на аккумуляторную батарею подают импульс линейно увеличивающего ся тока длительностью 7 с, определяют в течение времени действия этого импульса максимально отдаваемую батареей мощность и производят оценку соотояния батареи с помощью расчетной кривой, связывающей обратную величину типовой максимальной отдаваемой мощности и относительное значение состояния батареи.

Данный метод основан на определении параметра, зависящего от омической и подяризационной составляющих внутрен чего сопротивпенйя батареи. з 100 3

Велич11на 11он111ости для ХИТ достигает макспмал1.ной т еличины при напряжении на элементе, равном половине его ЭДС. Эксперименты показывают, что при этом напряжении, а также и 5 при других значениях напряжений, величича тока, протекаюшая через источник, не имеет резкой зависимости от ((ocT °

Данный способ не дает высокой точ- 10 ности, потому что параметр, по которому определяют Яост, имеет зависимость от полного внутреннего сопротивления.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является сггособ (2 ), согласно которому подают на испытуемый источник ступенчато изменяющийся импульс напряжения, амплитуды первой и второй ступени которого соот- 20 ветственно близки к нулю и несколько меньше ЭДС, а длительность ступеней соответственно равняется 0,1 — 1 с и

0,5 — 2с, измеряют время достижения зарядным током на второй ступени ну- 25 . левого значения и определяют по значению этого. времени с помощью экспериментальной кривой остаточную емкость.

Известный метод основан на определении параметра (время достижения зарядным током нулевого значения), зависящего от полярнзационной составляюшей внутреннего сопротивления, поэтому он имеет достаточно высокую точность йз мерения Яо для источников тока, эксп35 луатировавшихся и хранившихся в примерно одинаковых условиях. Различные условия эксплуатации и хранения источников тока ухудшают точность определения остаточной емкости по указанному спо40 собу.

Цель изобретения - повышение точности измерения биост, особенно для источников, эксплуатировавшихся и хранившихся в различных условиях.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения остаточной емкости химического источника тока импульсы подают пачкой периодически повторяюшнхся разрядных импульсов тока с длительностью 200-100 мс, скваж50 ностью 2-15 в количестве 2-10 импульсов, амплитуду; которых в течение времени их действия на источник изменяют по закону, зависяшему от напряжения этого источ1лика, увеличивая амплитуду при уменьшении напряжения, определяют, начиная <- момента окончания последне

Го импулт са, длительность нарастания

2(}Я

11апря?1((. ни я на 11сточ1 о ке до О11р(g <1 r H» ного значения и определя1т остагочнуY) емкость с помощью эксперим1нтальной зависимости длительности нарастания ряжения от 8Ост

Амплитуду импульса тока (3 „„) изменяют по закону

3

М Ц где P — мощность, выделяемая на ис-точник при прохождении импульса тока (постоянное значение);

0 - напряжение на источнике.

Испытания проводят импульсами, во время действия которых источник разряжается на постоянную мощность.

Изменение амплитуды импульсов тока можно также производить по закону

> э =(y-к()) —, 1

М Р где U — значение найряжения (постоянная величина);

Я вЂ” значение сопротивления (по< тоянная величина);

- коэффициент, () - напряжение на источнике, или по закону

Э

М и где P - мощность, отдаваемая источником во внешнюю rепь при прохождении разрядных импульсов тока (постоянная величина), 0 — напряжение на источнике.

Длительность нарастания напряжения источника есть параметр, оценивающий поляризационную составляюшую внутреннего сопротивления источника. Поляризационное сопротивление ХИТ зависит ÎÑT

При воздействии импульсов тока, амплитуда которых возрастает с увеличением поляризации испытуемого ХИТ (уменьшение его напряжения), происходит более резкое увеличение различия поляризации с разными значениями Яост по сравнению с разрядом этих же источников на постоянное сопротивление или воздействием на них импульсами постоянного тока.

Поэтому при увеличении поляризации источника увеличение пол яр изующе го импуль са тока происходит более значительно и тем самым более значительно происх дит дальнейшее возрастание поляризации

5 10032<% б по сравнению с менее поляризоишными ния импульса тока напряжение источника выше опорного напряжения н веяичиДля тто, чтобы привести источники на напряжения HQ выходе компаратора в одинаково подготовленное состояние, имеет низкое значение, а на выходе трит снять все наслоения предистории нсточ- 3 гера (Т) высокое. Низкий уровень выходников, которые влияк>т на величину длн- ного напряжения компаратора переводит тельности нарастания напряжения источ- триггер в положение, когда на его вы« ника н зашумляют зависимость длитель- ходе уровень напряжения становится вы-. ности нарастания напряжения.от Иос-, соким. пропускают пачку из нескольких (2-10) 1 При прохождении нмпутп*са тока напряпериодическн повторяюшихся импульсов жение на элементе снижается и становиттока длительностью 200-1000 мс со ся ниже опорного напряжения, уровень скважностью 2-15. напряжения на выходе компаратора устаСпособ осушествляется следующим об- навлнвается высоким, не чзменяя состояразом. 1S ния триггера (уровень напряжения íà выПодают на испытуемый источник пач- ходе триггера остается высоким). Фронт ки периодически повторяюшнхся импуль- импульса, поступающий от ГПИ на триггер, сов тока с длительностью 200-100мс, не изменяет состояние триггера (уровень скважностью 2-15 в количестве 2-10 напря>кения на выходе триггера остается импульсов, амплитуду которых изменяют BbicoKNM) ° по закону, увеличивая ее при уменьшении В момент окончания действия ймйуль напряження источника. са напряжения его срез переводит тригОпределяют, начиная с момента окон- гер в другое устойчивое состояние (урочания последнего импульса тока, длитель- вень напряжения на выходе триггера усность нарастания напряжения на источни- 3 танавливается низким). ке до значения напряжения 1,0-1,5 В. По окончании воздействия на источник

Далее определяют остаточную емкость импульса тока напряжение источника наисточника по измеренному значению дли- чинает расти и в момент сравнения его тельности нарастания напряжения с по- с опорным напряжением уровень напрямошью экспериментальных зависимостей 30 ження на выходе компаратора резко уменьдлительности нарастания от остаточной шается, Скачок этого уровня переводит триггер в первоначальн е устойчивое сооНа чертеже представлена блок-схема тояние (уровень напряжения на выходе устройства для осушествления предлагае- триггера устанавливается высоким). мого способа

Таким образом, после воздействия на

Функциональное устройство (ФУ) проиъ- источник импульса тока на выходе триг водит операцию деления напряжения ХИТ гера возникает импульс отрицательно ельной на постоянную или преобразование напря- полярности„длительность которого рав жения по другому закону. Токозадаюшее на параметру v (длнтельности нарао устройство (ТУ) устанавливает величи- а тания напряжения на источнике). ну тока, пропорциональную выходному нап- Выход триггера подключен к входу ряжению ФУ. Компаратор (К) сравнивает "Измерение длительности импульсов напряжение ХИТ с опорным напряжением электронносчетного частотомера .(4). (ul. Цао. (ОН), величину напряжения которого мож- тотомер производит измерение длительно устанавливать в различных пределах. ностей импульсов отрицате ной поляр

В зависимости от того больше или мень- ности. После прохождения ну жного ко ше напряжение источника величины опор- личества импульсов ХИТ откл

ИТ отключают и ного напряжения, выходной уровень ком- производят регистрацию величины пара паратора резко меняет свою величину- метра ь становится или ниже, или выше. Для осушествлени р д ествления предлагаемого

Задающий генератор прямоугольных способа разработана н изготовлена аппа импульсов напряжения (ГПИ) генерирует ратура, входяшая в состав приведенпериодические прямоугольные импульсы, ной выше блок-схемы. длительность н скважность. которых мож- Проведены испытания источников тоно менять, ГПИ управляет работой то- ка.цинк-марганцевой системы со шелочкозадаюшего устройства. ТУ подает им- ным электролитом: рту

SS и тно цинковых пульсы тока на испытуемый источник элементов. только в момент генеращщ импульсов Для испытаний выбраны цинк-марганнапря>кения ГПИ. Qo момента поступл - цевые источники тока типа А316 и

7 1003 ртутно-цинковые элементы типа PII-53 ко 24 штуки каждого типа, Разряд испытуемых источников проводят в нОрмальных климатических условиях током 150 мА для источников S

А316 и 10 мА для источников PII-53.

Предварительно определяют величину практической емкости (И проект ников каждого типа. Четыре йсточника

А316 и четыре источника Рц 53 ног - >0 постыл разряжены до напряжения 0,69 ,и 0,89 В соответственно. По результа там этих испытаний рассчитана средняя величина емкости, которая называется практическрй емкостью и равняется 1S

@проект = 600 мАч для источников А316 и@ p z = 280 мАч для источников

РЦ-53. Разряд происходит 4,0 и 28 ч.

Остаточная емкость (Qîñò) являе относительной величиной и ойределяется 20 по формуле (уст

@ост= @ >

Ф где Я - величина емкости источника, ист определяемая. полным разря-. 25 дом элемента, который перед этим имеет неконтролщ уемый разряд;

Я вЂ” величина фактической емкос . ти источника, определяемая 50 неконтролируемым и полным разрядом.

Далее по результатам определения величины практической емкости осуществ ляют предварительный разряд остальных источников А316 и Pll-53 до значений ориентировочной остаточной емкости

90ст = 25, 50, 75%, что соответствует разряду в течение 3, 2 и 1 ч для источников А316 и 21, 14 и 7 ч для элемен-40 тов Р11-53. Ориентировочная остаточная емкость равняется

Я про*

Ост ОР Я лрюкт где Юпред- величина емкости источника, l

45 определяемая предварительным разрядом, который ими тирует неконтролируемый разряд; (п кт средняя величина емкости

50 полностью разряженного ис точника.

После предварительного разряда элементы выдерживают в течение суток в комнатных условиях и затем производят измерения параметра Ч. . Регйстрапию параметра V осуществляют электронносчетным частотомером типа Ч3-34А.

208 8

Через испытуемые источники тока пропускают периодически повторяющиеся импульсы тока в количестве 5 импульсов, длительность импульса1"„= 500 м, пауза Т, = 5000 с. Амплитуда импульса в течение времени его воздействия на испытуемый источник меняется таким образом, что элемент разряжается в режиме постоянно отдаваемой мощности. Проведены испытания источников

А316 в одном режиме постоянно отдаваемой мощности Р,„= 1100 мВт, а источников PII-53 в двух режимах Рд

22: мВт и Р„, = 120.мВт.

Начиная с момента окончания последнего пятого импульса, производят изме рение времени нарастания напряжения источника А316 до величины 1250 мВ, а источника Pll-53 - 1200 мВ.

Далее элементы полностью разряжены и по этим результатам опеределяют ве личину оставшейся емкости (Q„, т, ) каждого источника. Также по результатам предварительного и полного разрядов тодсчитаны величины фактической емкоо ти и остаточной емкости.

По данным измерениям Т и опредеaeHHH8î т составлены табл. 1 - 3 соотОСТ ветствия параметра i значениям остаточной емкости Я от для элементов

А316 (табл. 1) и PU 53 (табл. 2 и 3).

С помощью табл. 1 - 3 определень значения измерений остаточной емкости (©on.. изб).

Абсолютная погрешность измерения ÎñT изм рассчитывается по Формкпе

Ост иъм 0GT

Ориентировочная остаточная емкость (@опт ор ) длительность нарастания напряжения (с ) источника А316 до величины напряжения 1250 мВ после воздействия импульсов мощностью Р

1100 мВт, длительность нарастания напряжения источника РЦ-53 до величины напряжения 1200 мВ после воздействия импульсов мощностью Р = 225 мВт и Р = 120 мВт, измеренная остаточная емкость (биост иэм ), величина фактической емкости (Q + ) полного и предварительного разрядов в мач, остаточная емкость (Qo . ) и абсолютная погрешность

К измерения приведены для источников тока А316 в табл. 4, а для источников тока Pll-53 - в табл. 5»

100

20О

1000

П р и м е ч а н и е. Параметры импульса Т,„= SOO. м.с, Т = 5000 м с, Р„, = 1100 мВт. Число импульсов равйа 5;

Таблица 2

Длительность нарастания напряжений до 1200 мВ, м с

Остаточная емкость ® Ост В

100

40

150

300

0 600

П р и м е ч а н и е. Параметры импульса Т = 500 м с,Т = 5000 м с;

Р = 225 мВт. Число импульосв равно 5.

Та блица 3

100

75

110

250

500

П р и м е ч а н и е. Параметры импульса Т,„= 500 м с,Тп = 5000 м.с, Р„= 1200 мВт. Число им ульсов равно 5.

9 1003208 10

Как показывают испытания пннкмар ro уровня к 12%, по сравнению с извесnганцевых источников тока со шелачным ным Ф 15-25%. электролитом типа А316 и ртутно-пин- Особенно точность измерения предлаковых элементов типа PU-53 точность гаемым способом возрастает для источизмерения остаточной емкости предлагае- > ников, эксплуатировавшихся и хранивших-. мым способом достигает более высоко ся в различных условиях.

Таблица.1 00:3 Д22 28

12 с ; ул1зт Ст!)1 И(П1)2ТФП212 ИСТОЧНИКОП ЦИ12КМар! аНЦОВОй систо1и1,1 с.:о !полочным элоктротп1том

Таблиис2 1 типа Л316

Лбсол2Отная поИзме»ренная

Величина фактической

Длительность наЭлемент

Ориоптировочиая ем гр оп&ность растания напряжс ния кОсть пред»

Варит еле>н О» га разряда ника

ИОСТ

% таточна и

ОСТ ИЗМ

@ост

@ост ор ь мс

Яф мс1ч

540

540

100

- 7

659

659

659

100

100

572

572

100

649

649

100

539

100

550

390

540

74

570

470

620

10

397

547

251

350

11

650

182

372

672

53

161

263

241

541

273

213

573

563

27

634

207

31

548

620

543

544

21

682

1 200

22

970

260

71

) 1(10

671

642

1012 емкость

ОСТ ИЗм 2

O/Î

ВОЛИчинаемко» стиполно раз» ряда ИСТ 22

МС2Ч емкрсти предв а2ительго и полного разрядов

Остаточная ОмКОСТЬ источ»

12

12 — 9

++ 12 — 2

11

12 — 2

1003208

Т Аблица 5

Результаты испытаний источников тока ртутно-иинковой системы типа PL1-53

275

95 97 . 275

95 100

100 97 268

8 6

100

5 -3

8 4

100

100

126

5 О

140 100

5 6

264

100

100 100

95 100

4 3

100

143

0 0

-5 0

279

7 5

273

100

158

76 77 201

80 75 202

271

+243

+6 +1, -5 -2

9 -6

+1 -4

74

272

21 75

71 74 212

75 69 209

282

279

159

267

160

49 -6 +2

49 2 -2

48 +4 +2

46 +2 +2

45 2 +3

271

276

24 50

269

258

161

162

256

22 +2. +1

24 +4 +3

21 +8 +4

20 +6 +4

19 +6 +5

271

24 23 61

28 27 68

29 25 58

26 24 54

24 24 51

3 10 260

261 225

273 244

294 248

315 253

278

268

163 25

264

261

165

0 0 0

0 0 0

0 0 0

0 0 0

650 518

70 1 254

624 532

718 532

0 0

0 0

0 0

0 0

35 23

30 28

50 32

42 29

38 26

176 120

145 95

147 110

154 115

160 118

75 70 197

43 51 131

51 47 136

52 50 129

48 49 118

47 48 116

15 100320й 16 и з о б р е т е н и я напряжения от Qpcx . определяют ос:таточную емкость (Ост ) деления остаточной -2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю- ого источника тока ш и и с я тем, что амплитуду импульсов его импульсов тока и S тока поддерживают в соответствии с е а ес кой законом формула

1. Способ опре емкости химическ путем подачи на > последуюшего изм рения дин мич характеристики, о т л н .ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения точности, импульсы подают пачкой периодически повторяюшихся разрядных импуль- 16 сов с длительностью 200-1000 мс„ скважностью 2-15 в количестве 2-10 импульсов, амплитуду которых в течение времени их действия на источник изменяют по закону, зависяшему от 1S напряжения этого источника, увеличивая амплитуду при уменьшении напряжения, определяют, начиная с момента окончания последнего импульса, длительность нарастакия напряжения на источнике до, 20 значения 1,0»1,5 В н по длительности нарастания с помошью экспериментальных зависимостей длительности нарастания мР

U где 3„„- амплитуда тока (импульса)$

- напряжение источника (изменяющаяся во времени под дей° ствием импульса тока величина):

p - постоянная величина, задакй щая значение постоянно cmбираемой от источника мош

Кости+

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N 3969667, кл. 324 295, 1976

2. Авторское свидетельство СССР

N 331456, кл. Н 01 М 10/48, 1969.

Составитель И. Найдина

Редактор Ю. Ковач Техред О.Неце . Корректор А. Лзятко

Заказ 1 5 78/39 Тираж 701 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ф лиал ППП Патент, I, Ужгород, ул. Проектная, 4