1
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу определения остаточной емкости ( Q ост ) 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 емкости При разряде источника незначительно изменяется сопротивление компонентов его электродов (сопротивление разных электродов источника, как правило, изменяется в противоположных направлениях). Значительный разброс внутреннего омического сопротивления параллельных источЬиков перекрывает наличие некоторой зависимости внутреннего омкческо го сопротивления от . для средних значений.
Поляризагшонное сопротивление ХИТ зависит OTQQQT . Существует много Способов определения остаточной емкости ХИТ, основанных на определении параметров динамических характеристик, зависящих от полного внутреннего ccoiротивления (RBH испытуемого элемента или его составляющих.
Известен способ 1 , согласно которому на аккумуляторную батарею по10дают импульс линейно увеличивающегс ся тока длительностью 7 с, определяют в течение времени Действия этого импульса максимально отдаваемую реей мощность и производят оценку сос15тояния батареи с помощью расчетной кривой, связывающей обратную величину типовой максимальной отдаваемой мощности и относительное значение cocroi ния батареи.
20
Данный метод основан на определенли параметра, зависящего от омической и поляризационной составляющих внутренчего сопротивления батареи. Величиил мопииюти для ХИТ достигает мяксималг.нои величины при напряжглши ш элементе, равном половине его ЭДС. Эксперименты показывают, что при этом напряжении, а также и при других значениях напряжений, величина тока, протекающая через источ- шк, не имеет резкой зависимости от Данный способ не дает высокой точности, потому что параметр, по которому определяют , имеет зависимость от полного внутреннего сопротивления. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ 2 , согласно которому подают на испытуемый ИСТОЧШ1К ступенчато изменя щийся импульс напряжения, амплитуды первой и второй ступени которого соот- ветственно близки к нулю и несколько меньще ЭДС, а длительность ступеней соответственно равняется 0,1-1 си 0,5 - 2с, измеряют время достижения зарадным током на второй ступени нулевого значения и определяют по значению этого, времени с помошью экспериментальной кривой остаточную емкост Известный метод основан на определении параметра (время достижения за- рящным током нулевого значения), зависящего от поляризационной составляюще внутреннего сопротивления, поэтому он имеет достаточно высокую точностьиз меренияйд - для источников тока, эксплуатировавшихся и хранившихся в приме но одинаковых услови51х. Различные усло вия эксплуатации и хранения источников тока ухудшают точность определения остаточной емкости по указанному способу. Цель изобретения - повыщение точ- ности измерения QQ , особенно для источников, эксплуатировавшихся к хра-нившихся в различных условиях. Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения остаточной емкости химического источника тока импул.ьсы подают пачкой периодически повторяю1. разрядных импульсов тока с длительностью 200-100 мс, скважностью 2-15 в количестве 2-10 импуль сов, ампл-итуду ; которых в течение вр& мени их действия на источник изменяют по закону, з,ависящему от напряжения этого источ1ика, увеличивая амплитуду при уменьшении напряжения, определяют начиная г момента окончания последнего импулт,с;а, дпительность нарастания иапря)и,сния на истопгако до опредолгч иого значения и опредоляк)т г)сТЭточную емкость с помоисью эксперимоиталъной зависимости длительности нпрастагшя напряжения .Амплитуду импульса тока ( О , ) изменяют по закону где Р - мощность, выделяемая на ис- - TO4i-fflK при прохождении импульса тока (постоянное значение); и - напряжение на источнике. Испытания проводят импульсами, во время действия которых источник разряжается на постоянную мощность. Изменение амплитуды импульсов тока можно также производить по закону . .)-, где и - значение на ряжения (постоянная величина); R - значение сопротивления (постоянная величина); . К - коэффициент; и - напряжение на источнике, или по закону 3 Р м-где Р - мощность, отдаваемая источником во внешнюю иепь при прохождении разрядных импульсов тока (посто янная величина), и - напряжение на источнике. Длительность нарастания напряжения источника есть параметр, оценивающий поляризационную составляпющую внутреннего сопротивления источника. Поляризационное сопротивле1ше ХИТ зависит При воздействии импульсов тока, амплитуда которых возрастает с увеличением поляризации испытуемого ХИТ (уменьщениё его напряжения), происходит более резкое увеличение различия поляризации с разными значениями QOCT по сравнению с разрядом этих же источников на постоянное сопротивление или воздействием на них импульсами постоянного тока. Поэтому при увс-гдичении поляризации источника увеличение поляризующего импульп са тока происходит более значительно и тем самым более значительно происхс дит дальнейшее возрастание поляризации no српвноиню с менее nonflpHaoTiaintbiMti ИСТОЧ)ШКОМИ. . Для того, чтобы привести источники в одинаково подгсуговлентюе состояние, снять все наслоения предистории источников, которые влияют на веа1П1ину длительности нарастания напряжения источника и зашумляют зависимость длитеаъ ности нарастания напряжения .от QQCTI пропускают пачку из нескольких (2-10) периодически повторяющихся импульсов тока длительностью 2ОО-1ООО мс со скважностью 2-15. Способ осуществляется следу1 зщим образом. Подают на испытуемый источник пачки периодически повторяющихся импуяысов тока с длительностью 200-100мс, скважностью 2-15 в количестве 2-1О импульсов, амшштуду которых изменяют по закону, увеличивая ее при уменьщении напряжения источника. Определяпот, начиная с момента окончания последнего импульса тока, длитель ность нарастания напряжения на источнике до тзначе1гая напряжения 1,О-1,5 В. Далее определяют остаточную емкость источника по измеренному значению длительности нарастания напряжения с помощью экспериментальных зависимостей длительности нарастания от остаточной емкости. На чертеже представлена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа. Функциональное устройство (ФУ) прои водит операцию деления напряжения ХИТ на постоянную или преобразование напряжения по другому закону. Токозадающее устройство (ТУ) устанавливает величину тока, пропорциональную выходному нап ряжению ФУ. Компаратор {К) сравнивает напряже1ше ХИТ с опорным напряжением (ОН), величину напряже1шя которого мож но устанавливать в различных пределах. В зависимости от того больше или меньще напряжение источника величины onoi ного напряжения, выходной уровень компаратора резко меняет свою величину - становится или ниже, или выше. Задающий генератор прямоугольных импульсов напряжения (ГПИ) генерирует периодические прямоугольные импульсы, длительность и скважность, которых мож но менять, ГПИ управляет работой токозадающего устройства. ТУ подает импульсы тока на испытуемый источник только в момент генерашш импульсов напряжения ГПИ. До момента поступл пня т fпyльca тока папряжснис источника выше опорного напряже1шя и величина напряжения на выходе компаратора имеет низкое значение, а на выходе триггера (Т) высокое. Низкий уровень выходного напряжения компаратора переводит триггер в положение, когда на его выходе уровень напряжения становится вы-, соким. При прохождении импульса тока напряжение на элементе снижается и становвт ся ниже опорного напряжения, уровень напряжения на выходе компаратора устанавливается высоким, не изменяя состояния триггера (уровень напряжения на выходе триггера остается высоким). Фронт импул.ьса, поступающий от ГПИ на триггер, не изменяет состояние триггера (уровень напряжения на выходе триггера остается высоким). В момент ококча1шя действия ймпулъ са напряжения его срез переводит триггер в другое устойчивое состояние (уровень напряжения на выхопе трнггера 2 станавливается низким). По окончании воздействия на источник импульса тока напря) источника начинает расти и в момент сравнения его с опорным напряжением уровень напряжения на выходе компаратора резко уменьшается. Скачок этого уровня переводит триггер в первоначальное устойчивое состояние (уровень напряжения на выходе триггера устанавливается высоким). Таким образом, после воздействия на источник импульса тока на выходе триггера возникает импульс отрицательной пол5фности., длительность которого ра&на параметру Tf (длительности нардаотания напряжения на источнике). Выход триггера подключен к входу Измерение длительности импульсов электронносчетного частотомера .(Ч). Чао тотомер производит измерение длительностей импульсов отрицательной полярности. После прохождения нужного количества импульсов ХИТ отключают и производят регистрацию величины параметра t . Для осуществления предлагаемого способа разработана и изготовлена аппаратура, входящая в состав приведенной выше блок-схемы. Проведены испытания источников тока цинк-марганцевой системы со щелочным электролитом; и ртутно-цинковых элементов:. Для испытаний выбраны шшк-марганцевые источники тока типа А 316 и по 24 штуки каждого Т1ша. Разряд испытуемых источ1шков проводят в нЬрмальных климатических условиях током 15О мА для источников А316 и 10 мА для источников РЦ-53. Предварительно опредешяют величину практической емкости (®првкт источников каждого типа. Четыре источника А316 и четыре источника полностью разряжены до напряжения 0,69 И В соответственно. По результат там их испытаний рассчитана средняя величина емкости, которая называется п актическрй емкостью и равняется npdKT 600 мАч для источников А31 практ 28О мАч для источников РЦ-53. Разряд происходит 4,0 и 28 ч. Остаточная емкость (Q..,) является относительной величиной и о еделяется по формуле QО-ИСТ остгде Q.. - величина ёмкости источника, определяемая полным разрядом элемента, который пере этим имеет неконтроли у мый разряд; - величина фактической емкости источника, определяемая неконтролируемым к полным разрадом. Далее по результатам определения ве личины практической емкости осуществляют предварительный разряд остальных источников A316 и РЦ-53 до значений ориентировочной остаточной емкости QlocT 25, 5О, 75%, что соответствует разряду в течение 3, 2 и 1 ч для источников А316 и 21, 14 и 7 ч для элемен тов РЦ-53. Ориентировочная остаточная емкость равняется пред Q остер гдeQlJ,pgд- величина емкостиисточника определяемая предварительным разрядом, который ими тирует неконтролируемый разряд; d- средняя величина емкости полностью разряженного иоточника. После предварительного разряда элементы выдерживают в течение суток в комнатных условиях и затем производят
измерения параметра Т. Регистрацию параметра t осуществляют электронносчет1Пэ м частотомером типа ЧЗ-34А.
д измерения приведены для источников тока A316 в табл. 4 , а для источников тока РЦ-53 - в табл. 5 и пропускают периодически повторяющиеся импульсы тока в количестве 5 импульсов, длительность импульса %, 500 м, пауза Тр, 5ООО с. Амплитуда импуяЕгса в течение времени его воздействия на испытуемый источник меняется образом, что элемент разряжается в режиме постоянно отдаваемой мощнооти. Проведены испытания источников A316 в одном режиме постоянно отдаваемой мгошности Ру, 1100 мВт, а источников в двух режимах Pj, 22: мВт и Рц 12О.мВт. Начиная с момента окончания последнего пятого импульса, производят изме- рение и времени нарастания напряжения источника А316 до величины 1250 мВ, источника РЦ-53 - 1200 мВ. Далее элементы полностью разряжены и по этим результатам опеределяют величину оставшейся емкости ( 61ц6т ) источника. Также по результатам предварительного и полного разрядов тодсчитаны величины фактической емкое « остаточной емкости. По данным измеретшям Т и определения Gl-. составлены табл. 1-3 соотUvTветртвия параметра х значениям оотаточной емкости QOOT Д элементов А316 (табл. 1) и (табл. 2 и 3). С помощью табл. 1-3 определень значения измерений остаточной емкости ост.изгл)Абсолютная погрешность Д измерения ост изм рассчитывается по формкйе ОСТ ИЗМ ОСТОриентировочная остаточная емкость ос-т ор длительность нарастания напряжения ( С ) источника A316 до величины напряжения 125 О мВ после воздействия импульсов мощностью 11ОО мВт, длительность нарастания напряжения источника РЦ-53 до величи- |1Ы напря ения 120О мВ после воздейртвия импульсов мощностью Р 225 мВт и Ру 120 мВт, измеренная остаточная емкость (Glocj мэм ) величина фактической емкости ( R ф ) полного и предварительного разрядов в мач, остаточная емкость (QocT абсолютная погрешность
9100320S10
Как показывают испытания 1ШН1&-мар го уровн Я t 12%, по срвЕ неник с лзвест
ганцрвых источников тока со щелочнымным ± 15-25%,
электролитом типа A316 и ртутно-цтМОсобенно точность таэмеретя предпаковых элементов типа PU-53 точностьгаемым способом возрастает для нсточяамереквя остаточной емкости предпагае- никое, эксплуатировавшихся и хравившю&-мым способом достигает более высоко ся в различных условиях.
Остаточная емкость d
. %
ост
100 75
50 25 О Примечание.
Остаточная емкость QOCT
1ОО
75
50
25
О Примечание, Параметры Ру 225
Остаточная емкость
10О
75
50
25
О Примечание. Параметры .импульса 7, Ру, 1200 мВт. Число
Таблица
Длительность нарастания напряження ас 125 мВ Т , м с
1
8
2ОО 4ОО 1ООО
Таблнаа 2
Длительность нарастания напряжений до 120О мВ , м с
5
4О 150 300 6ОО
Т а б л и ц а 3
Длительность нарастания напряжения до 12ОО мВ , м с
5
30 110 250 500 Параметры импульса Т., 500 м-с, Т.. 5ООО м с, . 11ОО мВт. Число импульсов равно 5; импульса T 5ОО м.с,Тр 5ООО м-с, мВт. Число импульосв равно 5. 5ОО м-с.Т 5ООО м.с, импульсов равно 5.
II.loo.uzria
Pf-ny/ibfATbiMcr()(tdi)tnrt иСтОчникбп UMifx-Mdpt anuonofl
С11СТОМЫ c.:o11СЛОЧНЫМ электролитом типа ЛЗЮ
Т a
Резут таты испытаний источников тока ртутно-иинковой системы типа PU-53
Формула изобретения
1. Способ оп еделения остаточной емкости химического источника тока путем подачи на него импульсов тока и последующего измерения динамической характеристики, отли.чайшийс я тем, что, с целью повышения точности, импульсы подают пачкой периош чески повторяюидахся разрядных импульсов с длительностью 20О-ЮОО мс, скважностью 2-15 в количестве 2-10 импульсов, амплитуду которых в течение времени их действия на источник изменяют по закону, зависящему от напряжения этого источ шка, увеличивая амплитуду при уме шшении напряжения, определяют, начиная с момента окончания последнего иктульса, длительность нарастания напряжения на источнике до значения 1,О-1,5 В и по длительности нарастания с экспериментальны зависимостей длительности нарастания
напряжения от воет определяют остаточную емкость (QOCT )
- 2. Способ по п. 1,отличак щи и с я тем, что ампдитуду импульсов тока поддерживают в соответствии с законом
- 3. м
и
е 3( - амплитуда тока (импульса )s и - напряжение источника (изменяющаяся во времени под дей ствием импульса тока величина);
Р - постоянная величина, задакй щая значение постоянно отбираемой от источника мощности.
Источники информашш, ринятые во внимание при экспертизу
1.Патент .США № 3969667, . 324-295, 1976
2.Авторское свидетельство СССР
331456, кл. Н О1 М 10/48,1969.
