ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОДНЫХ БЛОКОВ АККУМУЛЯТОРОВ В ПРОЦЕССЕ ИХ СБОРКИ НА АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ Российский патент 2004 года по МПК H01M10/06 G01R31/36 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, а именно к производству аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

В аккумуляторостроении процедуру тестирования электродных блоков аккумуляторов и аккумуляторных батарей (далее - устройств) в процессе их сборки на автоматических линиях проводят на стадии, которая предшествует установке крышки корпуса и свариванию контактных выводов. Эта процедура занимает важное место в технологическом процессе по той причине, что во время монтажа устройств могут возникнуть дефекты, своевременная диагностика и устранение которых обеспечит высокое качество выпускаемых изделий. Это касается как сухозаряженных, так и незаряженных (неформированных) аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

К дефектам, которые наиболее часто встречаются можно отнести следующие:

- сквозное отверстие в сепараторе;

- прокол сепаратора крошкой активной массы;

- короткое замыкание электродов вследствие попадания между ними стружки свинцового сплава, которая образовалась при зачистке литьевого облоя;

- инверсию электродов вследствие ошибки оператора во время монтажа;

- избыточное или же недостаточное сжатие сепараторов между электродными пластинами;

- избыточное содержание влаги в деталях блоков и во внутреннем объеме устройства;

Перечисленные дефекты или же сразу делают устройства нетрудоспособными, или выводят их из строя во время дальнейшей эксплуатации (через больший или меньший срок), или же заметно снижают их технические характеристики.

Сквозное отверстие в сепараторе может привести к выходу из строя устройства при его использовании вследствие постепенного прорастания сквозь сепаратор перемычки между электродами.

Такие дефекты, как прокол сепаратора крошкой активной массы, замыкание соседних электродов свинцовой стружкой, а также инверсия блоков, являются грубым браком и подлежат немедленному устранению.

При избыточном сжатии пластин деформируются ребра полиэтиленового сепаратора в результате чего затрудняется или совсем прекращается на некоторых участках циркуляция электролита и его контакт с активной массой электродов. При недостаточном сжатии снижается вибро-ударопрочность устройства, которое ускоряет процесс отслоения и оплывания активной массы положительных электродов.

Сверхнормативное содержание влаги в неформированных пластинах способствует недопустимому снижению плотности электролита в аккумуляторных батареях, что приводит к разбросу параметров последних.

Что касается сухозаряженных устройств, то сверхнормативное содержание влаги в электродах, сепараторах или на поверхностях внутреннего объема неминуемо ведет к сокращению срока их заряженности через ускорение процессов сульфатации, пассивации электродов и к саморазряду. В начале срока хранения по этой причине увеличивается время приведения устройства в рабочее состояние, а в конце оно может оказаться нетрудоспособным. По вышеизложенным причинам содержание влаги в собранных устройствах строго регламентировано и по существующим нормам не должно превышать 0,2%.

Эффективная диагностика во время реализации сплошного контроля аккумуляторов и аккумуляторных батарей в процессе их производства должна давать по возможности полную и, что наиболее существенно, максимально дифференцированную информацию о наличии и локализации определенных дефектов. Существующие способы тестирования не выполняют этой функции в достаточной мере.

Известный распространенный на автоматических линиях сборки способ контроля качества аккумуляторов и аккумуляторных батарей (SOVEMA S.p.a., http/www. sovema.it), который принят за прототип, состоит в том, что на полюсные мостики блока электродов от внешнего источника электрической энергии подают напряжение (постоянное или переменное) фиксированного уровня (500 или 1000 В), а затем в образовавшейся цепи, в которой блоки электродов служат погрузкой, измеряют величину тока. Если ток превышает установленную контрольную отметку (так называемый ток отсечки), то это свидетельствует о наличии дефекта и блок отбраковывается.

Для того чтобы стали более понятными недостатки, присущие данному способу, рассмотрим подробнее весь технологический цикл, используемый в настоящее время на автоматических линиях по производству аккумуляторных батарей для определения, локализации и последующего устранения дефектов.

При выявлении любого дефекта тестер фиксирует номер дефектного блока аккумуляторной батареи, дальше срабатывает устройство для отбраковки и батарея выталкивается на браковочный рольганг, где дефектный блок заменяют несомненно исправным. Отбракованный блок перемещают на специальное рабочее место, где проводят более детальное исследование причины неисправности. Основным методом при этом служит тщательный осмотр блока на предмет выявления металлического литьевого облоя, крошек пасты, прокола сепаратора и тому подобного, всего того, что можно обнаружить визуально. Если же осмотр не дал результатов, то проводят демонтаж блока, отдельные электроды отправляют в химлабораторию для определения уровня влажности и т.п.

Эти трудоемкие и продолжительные процедуры далеко не всегда гарантируют определение причины повышенной проводимости. Некоторые из применяемых методов диагностики приводят даже к механическому разрушению электродов, что нецелесообразно со всех точек зрения.

Причина низкой эффективности описанного способа кроется в том, что одна единственная величина тестового напряжения и одно значение тока отсечки играют роль ориентира для принятия решения. Это не позволяет разделить те дефекты, которые служат причиной аномального повышения проводимости блоков. Если использовать напряжение, меньшее чем 2000 В, то не определяется такой важный дефект, как сквозная микропора в сепараторе. При использовании напряжения выше 30 В невозможно определить конкретную причину скачка проводимости, так как ток отсечки в этом диапазоне может дать разные дефекты: короткое замыкание от стружки, прокол сепаратора крошкой пасты, отверстие в сепараторе. Степень сжатия сепараторов невозможно определить ни по значению тока проводимости, так как он очень зависит от влажности, ни по уровню потенциала, поскольку он от степени сжатия не зависит. Кроме того, известный способ тестирования не дает возможности получить данные о содержании влаги в отсеках сухозаряженных аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

В основу изобретения положена задача разработки полной дифференциальной диагностики дефектов, которые могут образоваться при проведении монтажа устройств на автоматических линиях при их производстве.

Поставленная задача решается тем, что в предложенном способе контроля качества электродных блоков аккумуляторов в процессе их сборки на автоматических линиях тестирование блока электродов проводят в несколько последовательных циклов, причем на первом цикле измеряют и регистрируют проводимость блока электродов при напряжении 5-30 В в течение 0,005-0,3 с, на втором цикле - его проводимость при напряжении 300-600 В в течение 0,005-0,3 с, на третьем цикле - проводимость при напряжении 1000-1700 В в течение 0,005-0,1 с и на четвертом цикле - проводимость при напряжении 2000-4000 В в течение 0,002-0,005 с.

Для определения степени увлажненности электродных пластин сухозаряженных аккумуляторов предварительно замеряют ЭДС на их полюсных выводах в течение 0,005-0,3 с.

Поясним более подробно особенности каждого цикла тестирования. На первом цикле контроля путем измерения проводимости блока при напряжении 5-30 В определяют наличие короткого замыкания в блоке, которое вызвано прямым контактом между пластинами разной полярности (через металлическую стружку, крошки пасты и т.п.). Невысокое напряжение, используемое для индикации, во-первых, целиком достаточно для определения дефекта указанного типа, во-вторых, оно удобно для построения измерительной цепи с низким уровнем рассеяния мощности, что дает снижение себестоимости измерительной аппаратуры, а в-третьих, в этом диапазоне напряжения мала вероятность искрообразования в зоне прикосновения контактных щупов устройства с полюсными мостиками блока электродов аккумулятора, а также других нежелательных электрических эффектов.

На втором цикле контроля на контактные выводы блоков подают напряжение в диапазоне 300-600 В. Это дает возможность найти дефект, обусловленный недостаточным или же лишним сжатием сепараторов между электродными пластинами. Он вычисляется по отношению между уровнем потенциала и током проводимости. Возможность использования меньшего напряжения связана с необходимостью повышения чувствительности измерителя к току проводимости, которая в свою очередь приводит к существенному увеличению себестоимости, а также к увеличению его чувствительности к электрическим помехам и условиям эксплуатации. Применение напряжений, превышающих максимальный показатель заявленного диапазона, связано с необходимостью увеличения параметров добавочного сопротивления измерительной цепи с целью предотвращения влияния уровня измерительного тока на состояние исследуемого объекта (быстрое испарение влаги из пор сепаратора и активного слоя электродов, пробой диэлектрика в зоне неполного прокола сепаратора крошкой пасты активной массы) и т.п.

На третьем цикле контроля во время подачи импульсов напряжения в диапазоне 1000-1700 В повышение проводимости обследуемого блока свидетельствует о частичном коротком замыкании, вызванным проколом сепаратора крошкой, или же выступами активного слоя пасты (без прямого контакта), другими механическими дефектами (такими, как относительный сдвиг пластин, нарушение размера зазоров между деталями). А также о возможном пробое в зоне, которая по каким-то причинам утончилась. Однако такое напряжение недостаточно для выявления сквозного отверстия в сепараторе.

На четвертом цикле контроля подача импульса напряжения в границах 2000-4000 В дает информацию о наличии или отсутствии сквозных отверстий в сепараторах. Уровень этого показателя нетрудно рассчитать исходя из того, что пробивное напряжение воздушного зазора достигает 20 кВ/см (то есть - 2 кВ/мм) при нормальных условиях. Поскольку толщина зазора между соседними электродными пластинами в стартерных аккумуляторных батареях имеет размер 1,0~1,7 мм, то испытательный импульс должен быть именно таким, как указано в формуле изобретения. Принимая во внимание то, что во время проведения процедуры тестирования возникает опасность повреждения нормального сепаратора самим измерительным импульсом, следует ограничить энергию импульсу за счет снижения тока пробоя. Это делается путем введения в цепь дополнительного сопротивления, а также за счет ограничения времени действия тока пробоя (для чего достаточно сокращения продолжительности измерительного импульса).

Экспериментально установлено, что уровень потенциала на полюсных мостиках блока электродов сухозаряженных устройств имеет четкую зависимость от влажности электродов и сепараторов. Причем эта зависимость по порядку величин входит в достаточный для практического использования диапазон и пропорциональна уровню увлажненности. При этом потенциал не зависит от сжатия электродов, что дает возможность использовать этот показатель для индикации единственного дефекта - степени увлажненности внутренней среды устройств. Диагностирование этого же дефекта путем прямого измерения тока отсечки невозможно, поскольку уровень последнего зависит еще и от сжатия электродов, и причины, которые дали бы корректный ориентир для их разделения, не имеют особенностей. Вследствие этого на дополнительном (предварительном) цикле контроля путем измерения потенциала на полюсных мостиках сухозаряженных устройств четко определяется только один дефект - переувлажненность деталей блока и комплектующих.

Таким образом, предложенный дифференциальный способ контроля качества электродных блоков аккумуляторов и аккумуляторных батарей в процессе их сборки на автоматических линиях дает возможность точного определения типа дефекта еще на стадии тестирования. Это освобождает от необходимости проведения дополнительных трудоемких исследований, сокращает время монтажа аккумуляторов и аккумуляторных батарей, а также дает возможность увеличить количество восстановленных блоков и пластин, то есть, уменьшить процент брака.

По имеющимся у авторов сведениям предложенные существенные признаки, которые характеризуют суть изобретения, не известны в данном разделе техники.

Предложенное техническое решение может быть использовано на предприятиях по производству аккумуляторов и аккумуляторных батарей с пастированными электродами, в частности свинцово-кислотных типов.

Критерий “промышленное внедрение” подтверждается актуальностью способа и его практической привязкой к реальным производственным технологиям.

Предложенный в изобретении способ осуществляется следующим путем. Для проведения процедуры контроля подбирают регулируемый источник тока (импульсного или переменного), диапазон напряжения которого перекрывает все диапазоны тестирования (от 12 до 4000 В), и обязательно имеющий высокое значение внутреннего сопротивления. Рабочее место оснащают также автоматическим регистрирующим устройством, а также потенциометром. Источник тока предварительно калибруют, определяя на безусловно исправном блоке нормативный показатель по току на каждом цикле тестирования (5-30 В, 300-600 В, 1000-1700 В и 2000-4000 В). Потом, в соответствии с заявленным способом, на полюсные мостики исследуемого блока электродов от источника подают в четкой последовательности, указанной в формуле изобретения, дискретный ряд импульсов напряжения, которые соответствуют всем циклам измерения. На каждом цикле делают измерение тока в цепи. Если ток превышает нормативный показатель для данного цикла, значит в аккумуляторе имеется именно тот дефект, который определяется на этом уровне воздействия. Фиксирующее устройство автоматически индицирует номер дефектного блока в аккумуляторной батарее. По фиксированным записям результатов проводят анализ технического состояния электродов дефектного блока.

Для сухозаряженных аккумуляторов и аккумуляторных батарей осуществляют дополнительное определение избыточной влажности блоков электродов и комплектующих. Его проводят до начала тестирования по току путем измерения потенциала на полюсных выводах блоков.

Проверка дифференциального способа в заводских условиях подтвердила его высокую эффективность. Введение предложенного способа тестирования дала возможность в 90% случаев избегнуть необходимости демонтажа блоков с целью определения типа дефекта.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству свинцово-кислотных аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Согласно изобретению при контроле качества блоков электродных пластин аккумуляторов тестирование блока электродов проводят в несколько последовательных циклов, причем на первом цикле измеряют и регистрируют проводимость блока электродов при напряжении 5-30 В в течение 0,005-0,3 с, на втором цикле - его проводимость при напряжении 300-600 В в течение 0,005-0,3 с, на третьем цикле - проводимость при напряжении 1000-1700 В в течение 0,005-0,1 с и на четвертом цикле - проводимость при напряжении 2000-4000 В в течение 0,002-0,005 с. Кроме того, для определения степени увлажненности электродов сухозаряженных аккумуляторов предварительно замеряют ЭДС на их полюсных выводах в течение 0,005-0,3 с. Технический результат: предложенный дифференциальный способ дает возможность точно определять конкретный вид дефекта еще на стадии тестирования. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ контроля качества электродных блоков аккумуляторов в процессе их сборки на автоматических линиях, который состоит в подаче фиксированного напряжения на полюсные выводы блока электродов от внешнего источника тока и в дальнейшем измерении тока, отличающийся тем, что тестирование блока электродов проводят в несколько последовательных циклов, причем на первом цикле измеряют и регистрируют проводимость блока электродов при напряжении 5-30 В в течение 0,005-0,3 с, на втором цикле - его проводимость при напряжении 300-600 В в течение 0,005-0,3 с, на третьем цикле - проводимость при напряжении 1000-1700 В в течение 0,005-0,1 с и на четвертом цикле - проводимость при напряжении 2000-4000 В в течение 0,002-0,005 с.2. Способ контроля качества по п.1, отличающийся тем, что для определения степени увлажненности электродов сухозаряженных аккумуляторов предварительно замеряют ЭДС на их полюсных выводах в течение 0,005-0,3 с.