Способ определения степени разряженности химического источника тока Советский патент 1983 года по МПК H01M10/48 

1

Изобретение относится к электротехнике , в частности к методам йзмеренитй и испытаний состояния химических источников тока (ХИТ), и может найти применение для контроля параметров автономных источников питания приборов различного назначения.

Известны контактные способы определения степени разряженности ХИТ (остаточной емкости), согласно кото- ,Q рым подключают к клеммам испытываемого ХИТ определенные приборы и измерительные схемы определяющие временные зависимости напряжения на клеммах ХИТ при импульсном включении и от-,5 ключении нагрузки. Экспериментально устанавливается взаимосвязь между измеренными временными характеристиками и остаточной емкостью ХИТ 1 .

Однако указанные способы характе- 20 ризуются низкой точностью и надежностью результатов, так как напряжение на клеммах ХИТ и его временные характеристики зависят от большого числа

факторов, а не только от степени разряженности.

Известен также бесконтактный способ определения емкости ХИ1, состоя щего из элементов, содер : ащих по крайней мере один металлический электрод. Способ основан на и-змерении взаимодействия низкочастотного электромагнитного поля с металлическими электродами ХИТ, масса которых уменьшается во время разряда 2 .

Недостатком способа является незначительная чувствительность, а следовательно, и точность измерения, особенно для ХИТ, в которых КПД метал-, лических электродов не превосходит 50. Использование данного хпособа ограничено ХИТ с металлическими электродами - он не применим для современных ХИТ с дисперсными электродами.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения степени разряженности химического источника тока (ХИТ), содержащего дисперсные электрс5ды, мемякмцие свои химический состав при р тз;;яд( (зарядо), включающий электромагнитное зондирование ХИГ с измерением параметров дисперсного электрода, по величинам которых судят о степени разряженности. Способ реали зуется с помощью миниатюрных полупроводниковых источника и приемника инфракрасного (ИК) диапазона электро магнитного излучения, вмонтированных непосредственно в пластину дисперсного электрода на небольшом (/ 200 мкм) расстоянии друг от друга 3 3Однако известный способ не обладает достаточной точностью, так как показание датчика (датчиков) характеризует состояние разряда (заряда) небольшого локального участка электрода, ане всего электрода в целом. Данный метод также недостаточно надежен, так как сУ1гнал с датчика (датчиков ) может появляться в результате воздействия электролита на, например, защитное покрытие источника и приемника излучения. Цель изобретения - повышение точности и надежности способа. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения степени разряженности ХИТ, содержащего по крайней мере один дисперсный элект род, меняющий свой химический состав во время разряда ( заряда ), включающему электромагнитное зондирование ХИТ с измерением параметров дисперсного электрода, по величине которых судят о степени разряженности, операцию электромагнитного зондирования истомника тока осуществляют через стенку его корпуса, выполненную хотя бы частично из диэлектрического материала, путем одновременного измерения модуля (R) и фазы (Ч) коэффициента отражения СВЧ электромагнитной волны, падающей на диэлектрическую часть стенки корпуса, и по значениям этих величин судят о степени разряженности ХИТ. Предлагаемый способ реализуется путем использования стандартной- аппаратуры для бесконтактного СВЧ элект ромагнитного зондирования. На фиг. 1 изображена схема измерения степени разряженности ХИТ (элемента) согласно предлагаемого способа; на фиг. 2 - возможные ориентации корпуса ХИТ (батареи) относительно направления распространения волны-бсИ излучлтплп (рупорной литенны, положе0104 ние 1 соответствует фиг. 1); на фиг. 3 - калибровочные кривые R(Q) и -f(Q) - зависимости модуля R и фазы f коэффициента отражения от степени разряженности Q. В свободном пространстве с помощью излучателя (например, рупорной антенны) создают направленный пучок СВЧ излучения, падающий на диэлектрическую часть корпуса ХИТ, который определенным образом ориентирован в пространстве и находится на некотором расстояни,и от излучателя. Падающая на корпус ХИТ электромагнитная волна проходит через диэлектрическую часть корпуса ( ее толщина соответствует условию прозрачности ) и отражается от дисперсного электрода (электродов -, .расположенного в корпусе ХИТ вблизи диэлектрической стенки. Параметры отраженной волны (модуль R и фaзa f коэффициента отражения) измеряются с помощью соответствующих блоков аппаратуры. Экспериментально установлено, что модуль R и фаза Ч коэффициента отражения являются функциями степени разряженности Q ХИТ, т.е. R((l) и Ч (Q) . 3foT факт является следствием изменения химического состава, а значит и электрофизических свойств дисперсного электрода во время его разряда (заряда). Установлено также, что определение Q только по одному из параметров R и f неоднозначно (т.е. одному значению R или соответствует несколько значений Q,например два значения Q) . Одновременное же измерение модуляR и фазы Ч коэффициента отражения позволяет однозначно определить степень раэряженности Q с точностью, превышающую точность прототипа. Это повышение точности достигается за счет интегрального характера получаемой информации о состоянии дисперсного электрода ХИТ (электромагнитная волна отражается либо всей поверхностью электрода, либо большой его частью) . Повышение надежности предлагаемого способа обусловлено бесконтактностью измерений, отсутствием какихлибо датчиков или устройств во внутреннем об-ьеме ХИТ. При практическом использовании предлагаемого способа для данного конкретного типа ХИТ предварительно производится снятие калибровочных зависимостей R(Q) иЧ(0.), которые 51 исгюльзуются при дальнейших измереДля уменьшения погрешности определения Q, которая связана с разбросом параметров электродов в различных ХИТ, неплотной их сборкой, произ водят измepeнv1e R и Ч при нескольких, например 3 , пространственных ориентациях корпуса ХИГ от осительно направления распространения волны и усредняют результаты. Пример. Для измерения степени разряженности ХИТ согласно пред лагаемому способу используется стандартная СВЧ аппаратура, блок-схема которой и расположение относительно корпуса ХИТ показаны на фиг. 1. Схема содержит излучатель 1, например рупррную антенну, генератор 2 СВЧ и блоки 3 и измерения и индикации со ответственно модуля R и фазы коэффициента отражения. Излучатель 1 рас полагается на фиксированном расстоянии п А от стенки 5 корпуса 6 элемента ХИТ (где Л - длина волны СВЧ излучения, п - целое число), выполненной хотя бы частично ) из диэлектрического материала толщиной сЗ . Ось излучателя 1 составляет с пло КОСТЬЮ диэлектрической части стенки 5 корпуса ХИТ угол 90°. В этом случае прозрачность достигается, если толщина диэлектрической стенки с1 и длина волны СВЧ излучения связаны соотношением где t - диэлектрическая проницаемост материала; п - целое число. Корпус 6 элемента ХИТ содержит дисперсный электрод 7, расположенный непосредственно за диэлектрической стенкой и меняющий свой химический состав во время разряда заряда), на пример катод на основе фторированного графита (CFx)n. Второй-электрод 8, например металлический анод из лития, располагается за дисперсным электродом 7. Электроды отделены друг от друга сепарацией и подсоединены к выходным клеммам ХИТ 9. Электролит 10, например 1М раствор LiClO в тетрагид рофуране, заполняют поры дисперсного электрода и свободный внутренний объ ем корпуса ХИТ. Если измеряется степень разряженности ХИТ в виде батареи элементов, И)6 то при определенных положениях корпуса (.положения II и 111 на фиГ. 2) последовательность расположения электродов 7 и 8 относительно диЬлектрической стенки не играет роли дли осуществления способа. При соответствующем взаимном расположении корпуса ХИТ и излучателя измерительной схемы (фиг. 1 и 2) для. данного типа ХИТ, например с литиевым анодом и дисперсным катодом на основе фторированного графита, первоначально производится смятие калибровочных зависимостей модуля R и фазы коэффициента отражения от степени разряженности Q . При калибровке степень разряженности определяется по разрядным характеристикам элемента ( батареи). Из калибровочных зависимостей (фиг.З) видно, что одновременное измерение модуля R и фазы Ч коэффициента отражения приводит к однозначному определению степени разряженности Q ХИТ, Например, точками 1 и 2 на фиг. 3 обозначены соответственно измеренные значения модуля R и фазы Ч коэффициента отражения (,R 0,18510,005; 1б±1°) частично разряженного контрольного образца литиевого элемента в диэлектрическом корпусе(фторопласт) содержащего дисперсный электрод на основе фторированного графита. Контрольный образец по своим параметрам соответствует элементам, по которым производят снятие калибровочных зависимостей (фиг. 3). С помощью этих зависимостей определяют степень разряженности Q контрольного образца (Gl 25% ) и сравнивают с истинным значением (Q 2б% }. Погрешность определения Q полученная по серии измерений контрольных образцов (хит), составляет во всем диапазоне изменения степени раз- ряженности Q. Предлагаемый способ по сравнению с известным характеризуется более высокой точностью измерений (погрешность предлагаемого способа составляет 5-10, а известного 15-25 К Кроме того, бесконтактность измерений позволяет определять степень разряженности без отключения ХИТ из электрической цепи. Предлагаемый способ применим для широкого класса ХИТ, использующих дисперсные электроды. 7 формула изобретения Способ определения степени разряжеиности химического источника тока ( ХИТ), содержащего по крайней мере один дисперсный электрод, меняющий свой химический состав во время разряда (заряда), включающий электромагнитное зондирование ХИТ с измерением параметров дисперсного электрода, по величинам которых судят о степени разряженности, отличаю щийся тем, что, с целью повышения точности и надежности способа, электромагнитное зондирование источ ника тока осуществляют через стенку его корпуса, выполненную хотя бы час 1 10 тично из диэлектрического материала, путем одновременного измерения модуля( R ) и фазы ( Ч коэффициента отражения сверхвысокочастотной электромагнитной волны, падающей на диэлектрическую часть стенки корпуса, и по значениям этих величин судят о степени разряженности источника тока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № k828kO, кл. Н 01 М 10/48, 1972. 2. ПатентСША № З359 9, кл. , 1967. 3. Патент США № 3 60995, кл. 136-182, 1968.