Способ определения остаточной емкости химического источника тока

(23) Й ряоритет Гееударстеевхмв кемвтет СССРОпубликовано 07.03.83. Бюллетень9Дата опубликования описания 07,03,83 вв девам взееретенкк к фтхрьикк(72) Автор изобретения Б. Я, Козинцев е Квант Заявител но-производственное объ 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧН ЕМКОСТИ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИ ТОКА15 Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу определения остаточной емкости ( Иост ) 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 оьа- ческого сопротивления цараллельных источйиков перекрывает наличие некотсьрой зависимости внутреннего омического сопротивления от Я . для средних значений. Попяризационное сопротивление ХИТзависит от Яост . Существует многоспособов определения остаточной емкости ХИТ, основанных на определениипараметров динамических характеристик,зависящих от полного внутреннего сопротивления (йвн ) испытуемого элементаили его составляющих.Известен способ 1согласно которому на аккумуляторную батарею подают импульс линейно увеличивающегося тока длительностью 7 с, определяютв течение времени действия этого ивмпульса максимально отдаваемую батареей мощность и производят оценку соотояния батареи с помощью расчетнойкривой, связывающей обратную величинутиповой максимальной отдаваемой мощности и относительное значение состояния батареи,Данный метод основан на определениипараметра, зависящего от омической иподяризационной составпщоших внутренчего сопротивления батареи, з 10:3Велисна онности для ХИТ достигает максим;ин ной геличины при напряжении на элементе, равном половине его ЭДС, Эксперименты показывают, что при этом напряжении, а также и 5 при других значениях напряжений, вели- чича тока, протекающая через источник, не имеет резкой зависимости от ( остДанный способ не дает высокой точ ности, потому что параметр, по которому определяют Я т, имеет зависимость от полного внутреннего сопротивления.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ 2 , согласно которому подают на испытуемый источник ступенчато изменяющийся импульс напряжения, амплитуды первой и второй ступени которого соот ветственно близки к нулю и несколько меньше ЭДС, а длительность ступеней соответственно равняется 0,1 - 1 с и 0,5 - 2 с, измеряют время достижения зарядным током на второй ступени ну 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), заысяшего от полярнзационной составляющей внутреннего сопротивления, поэтому он имеет достаточно высокую точность йзс мерения Яо для источников тока, эксп 35 луатировавшихся и хранившихся в пример. но одинаковых условиях, Различные условия эксплуатации и хранения источников тока ухудшают точность определения остаточной емкости по указанному спо 40 собу.Цель изобретения - повышение точности измерения Иост, особенно для источников, эксплуатировавшихся и хранившихся в различных условиях.45Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения остаточной емкости химического источника тока импульсы подают пачкой периодически повторяющихся разрядных импульсов тока с длительностью 200-100 мс,скваж 50 ностью 2-15 в количестве 2-10 импульсов, амплитуду; которых в течение времени их действия на источник изменяют по закону, зависящему от напряжения этого цстоспсика, увеличивая амплитуду 55 при уменьшении напряжения, определяют, начиная с момента окончания последне го импульса, длительность нарастания 213напвяжония на истонпке ло Он 1 лс нного значения и определяют остагочную емкость с помощью эксперимснтальной зависимости длительности нарастапя напряжения от (Ост.Амплитуду импульса тока () изменяют по законуР3сгде Р - монность, выделяемая на ис-точник при прохождении импульса тока (постоянное значение);О - напряжение на источнике,Испытания проводят импульсами, вовремя действия которых источник разряжается на постоянную мощность,Изменение амплитуды импульсов токаможно также производить по законугде 0 - значение наряжения (постоянная величина);Я - значение сопротивления (по- тоянная величина);(/ - напряжение на источнике,или по законуРЭОгде Р - мощность, отдаваемая источникомво внешнюю цепь при прохождении разрядных импульсов тока (постоянная величина),О - напряжение на источнике.Длительность нарастания напряженияисточника есть параметр, оцениваюшийполяризационную составляюшую внутреннего сопротивления источника, Поляризационное сопротивление ХИТ зависитОС 1При воздействии импульсов тока,амплитуда которых возрастает с увеличением поляризации испытуемого ХИТ(уменьшение его напряжения), происходит более резкое увеличение различияполяризации с разными значениями Яостпо сравнению с разрядом этих же источников на постоянное сопротивлениеили воздействием на них импульсамипостоянного тока.Поэтому при увеличении поляризации источника увеличение пол яризующе го импуль са тока происходит более значительно и тем самым более значительно происх дит дальнейшее возрастание поляризации5 100;2 гЯ бпо сравнению с менее поляризованными ния импульса тока нвпряжоние источника выше опорного напряжения и веяичиДля того, чтобы привести источники на напряжения на выходе компараторвв одинаково подготовленное состояние, имеет низкое значение, а нв выходе тригснять все насл 6 ения предистории источ- % гера (Т) высокое. Низкий уровень выходников, которые влияют на величину дли- ного напряжения компврвтора переводиттельности нарастания напряжения источ- триггер в положение, когда нв его выникв и зашумляют зависимость длитель- ходе уровень напряжения становится вы-.ности нарастания напряжения .от И ОС ,соким.пропускают пачку из нескольких (2-10) 1 в При прохождении импульса тока нвпряпериодическн повторяющихся импульсов жение на элементе снижается и становиттока длительностью 200-1000 мс со ся ниже опорного напряжения, уровеньскважностью 2-15. напряжения нв выходе компарвторв устаСпособ осуществляется следующим об- навливается высоким, не чзменяя состояразом. 15 ния триггера (уровень напряжения на выПодают на испытуемый источник пач- ходе триггера остается высоким). фронтки периодически повторявшихся импуль-импульса, поступающий от ГПИ на триггер,сов тока с длительностью 200-100 мс, не изменяет состояние триггера (уровеньскввжностью 2-15 в количестве 2-10 напряжения на выходе триггера остаетсяимпульсов, амплитуду которых изменяют Ю высоким).по закону, увеличивая ее при уменьшении В момент окончания действия ймйульнапряжения источника, са напряжения его срез переводит тригОпределяют, начиная с момента окон- гер в другое устойчивое состояние (урочания последнего импульсв тока, дпитель- векь напряжения на выходе триггерв усность нарастакия напряжения на источни-танавливвется низким).ке до значения напряжения 1,0-1,5 В. По окончании воздействия на источникДалее определяют остаточную емкость импульса тока напряжение источника нвисточника по измеренному значению дли- чинает расти и в момент сравнения еготельности нарастания напряжения с по- с опорным напряжением уровень нвпрямощью экспериментальных зависимостей ЗО жения на выходе компаратора резко уменьдлительности нарастания от остаточной шается, Скачок этого уровня переводиттриггер в первоначальне устойчивое сооНа чертеже представлена блок-схема тояние (уровень напряжения на выходеустройства для осуществления предлвгве- триггера устанавливается высоким).мого способа35Таким образом, после воздействия наФункциональное устройство (ФУ) проиэ- источник импульса тока нв выходе тригводит операцию деления напряжения ХИТ гера возникает импульс отрицательноельнойнв постоянную или преобразование напри- полярности., длительность которого равжеюи по другому закону. Токозадающее на параметру т (длительности нарвоустройство (ТУ) устанавливает величи-тания напряжения на источнике).ну тока, пропорциональную выходному нап- Выход триггера подключен к входуряжению ФУ. Компаратор ( К) сравнивает "Измерение длительности импульсовнапряжение ХИТ с опорным напряжением электронносчетного частотомера.( ).,(Ч), Час(ОН), величину напряжения которого мож- тотомер производит измерение длительно устанавливать в различных пределах. ностей импульсов отриц олярВ зависимости от того больше или мень- ности. После прохождения ну жного коше напряжение источника величины опор- личествв импульсов ХИТ отклИТ отключают иного напряжения, выходной уровень ком- производят регистрацию величины парапараторв резко меняет свою величину- метрастановится или ниже, или выше. Для осуществлени р дествления предлагаемогоЗадающий генератор прямоугольных способа разрвботвна и изготовленв вппаимпульсов напряжения (ГПИ) генерирует ратурв, входящая в состав приведенпериодические прямоугольные импульсы, ной выше блок-схемы.длительность и скважность. которых мож- Проведены испытания источников тоно менять, ГПИ управляет рвботой то- ка.цинк-марганцевой системы со щелочкозадвюшего устройства. ТУ подает им- ным электролитом; ртуЫ; и тно-цинковыхпульсы тока на испытуемый источникэлементов.только в момент генерации импульсов Для испытаний выбраны цинк-маргаинвпряження ГПИ. До момента поступлю- цевые источники тока типа А 316 и7 1003 ртутно-цинковые элементы типа РЦко 24 штуки каждого типа,Разряд испытуемых источников проводят в нормальных климатических условиях током 150 мА для источников 5 А 316 и 10 МА для источников РЦ.Предварительно определяют величину практической емкости (8, ) источников каждого типа. Четыре йсточника А 316 и четыре источника РЦпы постыл разряжены до напряжения 0,69 и 0,89 В соответственно, По результв там этих испытаний рассчитана средняя величина емкости, которая называется практическрй емкостью и равняется 15 (ррокт = 600 МАч для источников А 316 ийп кт = 280 мАч для источников РЦ, Разряд происходит 4,0 и 28 ч.Остаточная емкость (ЯОС, ) является относительной величиной и ойределяется 20 по формулеустост=фгде Я - величина емкости источника,истопределяемая. полным разрядом элемента, который передэтим имеет неконтролируь.мый разряд:Я ф - величина фактической емкости источника, определяемая 30неконтролируемым и полнымразрядом.Далее по результатам определения величины практической емкости осуществляют предварительный разряд остальных источников А 316 и РБдо значений ориентировочной остаточной емкости 8,Ост = 25, 50, 75%, что соответствует разряду в течение 3, 2 и 1 ч для источников А 316 и 21, 14 и 7 ч для элементов РЦ. Ориентировочная остаточная емкость равняетсяЯпре1ОСТ ОР Я пРюкТ где О.ред- величина емкости источника,Г 45определяемая предварительным разрядом, который имитирует неконтролируемыйразряд;Яп с,кт- средняя величина емкости50полностью разряженного источника.После предварительного разряда элементы выдерживают в течение суток в комнатных условиях и затем Производят ,5 измерения параметра Ч;. Регйстрапию ПараМЕтра "ь ОСуШЕСтВЛяЮт ЭЛЕКтрОННО- счетным частотомером типа Ч 3-34 А. 208 8Через испытуемые источники тока пропускают периодически повторяющиеся импульсы тока в количестве 5 импульсов, длительность импульса Т= 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 А 316 в одном режиме постоянно отдаваемой мошности Р,= 1100 МВт, а ис;гочников РБв двух режимах Рд 22: мВт и Р, = 120.МВт.Начиная с момента окончания последнего пятого импульса, производят измен рение 6 времени нарастания напряжения источника А 316 до величины 1250 МВ, а источника Рц- 1200 МВ.Далее элементы полностью разряжены и по этим результатам опеределяют ве личину оставшейся емкости ( ит ) каждого источника. Также по результатам предварительного и полного разрядов подсчитаны величины фактической емкоб ти и остаточной емкости.По данным измерениям Т и определения й составлены табл. 1 - 3 соотОСТветдтвия параметра ь значениям остаточной емкости ЯООт для элементов А 316 (табл, 1) и РП 53 (табл. 2 и 3),С помошью табл. 1 - 3 определеньзначения измерений остаточной емкостиОсТ, иЗМ )Абсолютная погрешность й измерениябюст изм рассчитывается по формкпеОСТ ИЪМ ОстОриентировочная остаточная емкость посл ор ) ф длительность наРастаниЯ напряжения ( с ) источника А 316 до величины напряжения 1250 МВ после воздействия импульсов мощностью Р 1100 МВт, длительность нарастания напряжения источника РЦдо величииы напряжения 1200 МВ после воздействия импульсов мОщностью Рр = 225 мВТ и Ри = 120 МВт, измеренная остаточная емкость (Иос цз,), величина фактической емкости ( С ф ) полного и предварительного разрядов в мач, остаточная емкость (90 ст) и абсолютная погрешность Ь измерения приведены для источников тока А 316 в табл. 4, а для источников тока РЦ- в табл. 5100 20 О 1000 0 П р и м е ч а н и е, Параметры импульса Т,= 500. м с, Т = 5000 м с, Р, = 1100 мВт. Число импульсов равйа 5; Таблица 2 Длительность нарастания напряженийдо 1200 мВ, м с Остаточная емкость аст ф ф 100 40 50 300 0600 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 0 3 0 0 2 О и е. Параметры импульса Т,= 500 м с,Тп = 5000 м.с,Р= 1200 мВт. Число импульсов равно 5.Приме 9 1003208 10Как показывают испытания шцк мар го уровня Ъ 12%, по сравнению с извесъганцевых источников тока со шелачным ным Ф 15-25%.электролитом типа А 316 и ртутно-пин- Особенно точность измерения предлаковых элементов типа Рцточность гаемым способом возрастает для источизмерения остаточной емкости предлагае- ф ников, эксплуатировавшихся и хранившихмым способом достигает более высоко ся в различных условиях.Таблица12 1 с уль"Гст 1 и(,1 Отэш 11 источнико цинк фмйр 1 анцРвойсисто 1 и 11 со 1 пелочнь 1 м электролитомТаблица 1ти 11 а Л 316 ЛбСОЛ 11 тцая поИзмеренная Величина фактической Длительность наЭле- мент Ориецтировочиая ем ность растаниянапряксния кость пред гарительцо га разрчда никаИОСТ% таточна б Ост иЗм биостго биост ор Г мс Яфмсч 540 93 540 100- 7 659 100 100 88 572 572 100 649 649 100 97 539 100 550 390 72 540 75 74 570 0 74 470 76 620 72 10 397 72 547 0 350 650 12 372 672 50 161 263 14 241 541 273 213 48 573 563 20 27 634 29 207 25 19 548 620 20 544 17 21 682 1200 22 970 260 3 0 71 100 10112 671 642 емкость ОСт ИЗм 1Я) Вели- чинаемко сти полноразряда мОч емкрстипредва 1 ительго и полного разрядов Остаточная емкостьисточ 12 12 - 912- 211- 6 12- 210% Результаты испытаний источников токартутно-иинковой системы типа РИ275 95 97 275 95 100 268 100 97 268 8 б 100 8 4 100 100 126 5 О 140 100 264 100 100 100 95 100 4 3 100 143 0 0 -5 0 279 273 100 76 77 201 80 75 202 74 271формула 1. Способ опреемкости химическпутем подачи напоследующего изм рения дин мичхарактеристики, о т л н .ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения точности, импульсы подают пачкой периодически повторяюшихся разрядных импуль 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 15 напряжения этого источника, увеличивая амплитуду при уменьшении напряжения, определяют, начиная с момента окончания последнего импульса, длительность нарастакия напряжения на источнике до, 20 значения 1,01,5 В н по длительности нарастания с помошью экспериментальных зависимостей длительности нарастания мР0где 3- амплитуда тока (импульса)30 - напряжение источника (изменяющаяся во времени под дей ствием импульса тока величина);Р - постоянная величина, задакйщая значение постоянно очсбираемой от источника мошности+Источники информашщ,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США % 3969667,кл. 324 295, 19762. Авторское свидетельство СССР331456, кл. Н 01 М 10/48,1969. Составитель И. НайдинаКовач Техред О.Неце . Корректор А, Лз едакто аказ 1578/39 Тираж 701 БНИИПИ Государстве по делам изобрете 113035, Москва, Ж, писное СССР нного комитета ний и открытий аушская наб., д. 4/5 Ищиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 15 10032 ОЙ 16 и з о б р е т е н и я напряжения от йоса . определяют остаточную емкость (ЙОст )деления остаточной .2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю-ого источника тока ш и й с я тем, что ампдитуду импульсов его импульсов тока и 3 тока поддерживают в соответствии с е а еской законом