Способ определения времени хранения и отбраковки химического источника тока Советский патент 1992 года по МПК H01M10/42 H01M6/50 G01R31/36 

Изобретение относится к способам определения времени хранения и отбраковки химического источника тока (ХИТ) и может быть использовано в электротехнической промышленности.

Известны способ, описанный в 1, и способ, защищенный автсв.№ 1127031 2.

Способ определения времени хранения химического источника тока, описанный в 1, состоит в определении для большой группы ХИТ из исследуемой партии времени хранения при повышенной температуре и коэффициента ускорения К процесса саморазряда ХИТ при хранении при повышенной температуре. Для этого выбранную группу ХИТ хранят при двух повышенных температурах различное время и затем разряжают их, определяя остаточную емкость и время хранения при повышенной температуре. После этого определяют время хранения т ХИТ из исследуемой партии при нормальной температуре, умножая время хранения при повышенной температуре на коэффициент К

Указанный выше способ является разрушающим, требует разряда большого количества ХИТ и достаточно большого времени хранения для определения К и г.

Наиболее близким к изобретению является способ определения времени хранения химических источников тока, защищенный авт.св. № 1127031 2, заключающийся в измерении падения ЭДС АЈ после достижения стабильного характера ее изменения в процессе хранения испытываемого ХИТ в

VI

О х|

сл

00

.XI

течение времени, достаточного для измеримого изменения ЭДС;и в предварительном хранении при повышенных температурах одного или более контрольных источников тока из испытываемой партии ХИТ до потери ими емкости не менее чем на 5% от первоначальной с одновременным измерением падения ЭДС в процессе хранения и с последующим разрядом контрольных источников тока для определения оставшейся в них емкости, после чего по данным измерении рассчитывают время хранения г испытываемого источника тока.

Указанный выше способ требует разряда некоторого количества контрольных ХИТ из испытываемой партии, а также достаточно большого времени для определения f.

Цель изобретения - ускорение определения времени хранения и отбраковки ХИТ путем существенного уменьшения времени, затрачиваемого на процедуру определения т, и исключения необходимости разрушения ХИТ из испытываемой партии.

Сущность изобретения заключается в

измерении ЭДС ХИТ е ) при комнатной температуре v ЭДСЈХ (Т) при пониженной температуре Т, при которой впервые начинает выполняться неравенство:

го© Ј (макс{(5 V, д Јо(Т)}), где Го(Т)-характерная величина внутреннего сопротивления ХИТ данного типа дпя слаботокового разряда при температуре Т;

5 V - минимальная, надежно измеряемая с помощью используемого вольтметра, величина нап ряжения;

д Ј0(Т) - характерный среднеквадратичный разброс значений естественного термодинамического изменения ЭДС дЈо(Т) ХИТ данного типа при понижении температуры от комнатной до температуры Т;

locp - минимальная величина тока само- разряда, которую предполагают определять данным способом.

Затем определяют внутреннее сопро- тивлениЈ ХИТ гх{Т) при пониженной температуре Т из результатов разряда ХИТ на высокоомное внешнее сопротивление R по формуле:

f cxcn-ucn

rx(T) -R ,

где Ux(T) - напряжение на ХИ Г при разряде на высокоомное внешнее сопротивление R при температуре Т.

После этого определяют величину тока саморазряда хср по формуле:

ср

ABS(AЈX(T)-AЈO(T))

Гх,(Т)

9(ДЈо(Т)-ДЈх(т)),

0

где ДЈх(Т) Јх(Т) - ех(+), ABS(y) - обозначает абсолютное значение величины у, а

{1, если у 0, О, если у 0.

Причем, если lxcp 0, то ХИТ годен к эксплуатации, в ином случае определяют время хранения ХИТ гх (ожидаемое время снижения номинальной емкости Q на Р%) по формуле:

Q р/100

тх |СР

5

0

5

0

5

0

5

0

5

и, если гх ниже требуемого времени хранения ХИТ данного типа, испытываемый ХИТ подлежит отбраковке.

Более простой способ отбраковки, не требующий знания гх(Т), состоит в отбраковке ХИТ при условии выполнения следующего неравенства

А Јх(Т) Л Ео(Т) - Ki д Ј0(Т), где Ki - положительная константа (I Ki 6), выбор которой определяется конкретными задачами отбраковки.

Увепичение Ki повышает достоверность отбраковки, но повышает и уровень тока саморазряда, при превышении которого происходит отбраковка. Однако последний всегда может быть понижен и пользовани- ем более низкой температуры Т и соответственно более высокого значения г0(Т) путем выбора значения 0ср в 2Кт раз меньше максимального допустимого для данного типа ХИТ значения тока саморазряда. Повышение достоверности отбраковки при увеличении Ki обусловлено тем, что ХИТ, как хорошие, так и обладающие браком, имеют разброс значений температурного хода ЭДС. Кривые плотности вероятности определенных значений Ае (Т) у них перекрываются при малых KL Для нормального распределения, естественного в рассматриваемом вопросе ввиду огромного количества случайных факторов, воздействующих на температурный ход ЭДС, влияние выбора Ki на достоверность отбраковки приведено в нижеследующей таблице.

Из таблицы видно, что условие АЈХ(Т) АЈО(Т)- KI dЈ0(T)c высокой степенью достоверности отбраковывает ХИТ с током саморазряда большим, чем 2К-|10ср, уже при Ki 3.

Возможность практического применения способа основана на существенном возрастании внутреннего сопротивления ХИТ с жидким электролитом при достаточно низ- кмх температурах и, следовательно, изменении соотношения падений напряжений на внутреннем сопротивлении и эффективном сопротивлении саморазряда. Для возможности определения наличия в ХИТ саморазряда с током более сильным, чем 0ср, необходимо понижение температуры от комнатной до такой температуры Т, при которой изменение падения напряжения на внутреннем сопротивлении ХИТ, равное при токе locp величине г0(Т)0ср, во-первых, можно зарегистрировать используемым вольтметром и, во-вторых, оно больше 5Ј0(Т) величины характерного среднеквадратичного разброса значений естественного термодинамического изменения ЭДС ХИТ данного типа при понижении температуры от комнатной до температуры Т, т.е. необходимо понижение температуры до величины Т, такой, при которой выполняется соотношение:

г0(Т) (макс{ 5V, д Ј0(Т)})/1оср.

При этом изменение напряжения Afc x(T) на испытываемом источнике тока, обладающем электрической закороткой электродов, при понижении температуры от комнатной до температуры Т равно приблизительно Afo(T)-rx(T)xcp с. точностью до разброса значений естественного изменения ЭДС порядка нескольких значений д Ј0(Т) (так как внутреннее сопротивление ХИТ при комнатной температуре и относительное изменение эффективного сопротивления пути саморазряда при понижении температуры, как правило, невелики) и условие

ДЈх(Т) ЛЈо(Т)-К1дЈЪ(Т) эквивалентно (с учетом д Јo(T)«r0(T)l0cp и то,- го.что при слабых токах саморазряда гх(Т) -гъ(Т))условию

lxCp K2loCp,

т.е. отбраковка ХИТ по неравенству АЈх(Т) AЈo(T)--Ki д Ј0(Т) эквивалентна отбраковке ХИТ по заданному уровню тока саморазряда K2locp. Как видно из вышеприведенной таблицы;К2 следует положить равным 2Ki.

Пример. Пусть, например, необходимо отбраковать литиевые источники тока и определелить время их хранения на основе электрохимической системы Li/IMLiCICM в ПКч-ДМЕ(1:1)/Мп02 рулонной конструкции с площадью электрода 10 см с типичным значением ЗДС при комнатной температуре Јci 3В и номинальной емкостью Q 0,16А Ч. Пусть используемый вольтметр позволяет измерять напряжение на испытываемых источниках тока с точностью до 5V 10 В. И пусть типичный разброс значений изменения ЭДС испытываемых источников тока при охлаждении $Ј0(Т) 10 В. Пусть также отбраковка источников тока должна происходить при токе саморазряда большем, чем 0ср . Для этих целей необходимо охлаждение источников тока до

температуры Т, при которой внутреннее сопротивление источника г0(Т) при слаботоковом разряде (с анодной поляризацией 50мВ) становится выд.ие iмакс {(3 У, д е0 (Т)

8Р ,

макс

Јю Зв. ю 2

в

0

1(ГОм.

Пусть для источников тока испытывае- мого типа это происходит при Т -40°С, а типичное изменение ЭДС при, понижении температуры от комнатной до Т -40°С рав- 5 но Ае0(-40°С) 0,04В. Выберем коэффициент Ki, характеризующий достоверность отбраковки, . Значение внешнего сопротивления R для определения гх(Т) можно выбрать порядка эффективного сопротивления пути саморазряда при токе саморазряЈЈ+)

0

да 310

ср

,

т.е. R

3lgp

10бОм.

Возьмем два источника тока рассматривае- мого типа. Пусть ei ЗВ. Поставим источники в холодильную амеру, понизим температуру в камере до Т -40°С и выдержим источники в ней в течение 2ч. Пусть Јi(-40°C) 3,04B,a f2(-40°C) 2.98. При этом AЈl(-40°C) 3,04В - ЗВ 0,04В, ЛЈ2(-40°С) 2.9В-ЗВ .1 В. Так как Aft(-40°C) Лео 40°С) - Ki д Ј0(-40°С) 0,04В - 3-0,01 В 0.01 В, во втором источнике тока происходит саморазряд. Ток саморазряда второго источника тока и ожидаемое время снижения (вследст- вии саморазряда) его емкости, например, на 5% соответственно

В 5 (АЈ2 (-40°С) - AЈQ (-40°C))

2Г2 (-40°С)

А В S(0,1 В -0,04 В)

104 Ом 1,

Г2

Q р/100 0,16 А-ч-5/100i

5Р1,4 А

570 дня.

В сравнении с прототипом, в качестве которого выбран способ, защищенный авт.св. № 1127031 2, описанный способ является полностью неразрушающим. В прототипе разрушают (полностью разряжают) контрольные образцы из испытываемой партии, в предлагаемом способе ни один ХИТ не разрушают. Данный способ существенно сокращает продолжительность процедуры определения времени хранения ХИТ. Время, затрачиваемое на процедуру, в этом способе определяется временем ох

лаждения ХИТ, т.е. порядка 2ч. Характерное время, затрачиваемое на аналогичную процедуру в прототипе, - месяц. Сокращение продолжительности процедуры определения времени хранения позволяет использовать отбракованные образцы, реализуя их сразу после контроля в течение времени, существенно меньшего времени их хранения. Процедура определения времени хранения в прототипе - более трудоемкая и включает много различных операций: длительное хранение контрольных ХИТ при высокой температуре с периодическими измерениями ЭДС; 2) полный разряд контрольных ХИТ по окончании хранения при заданной температуре для определения остаточной емкости; 3) длительное хранение испытываемых ХИТ при нормальной температуре с периодическими измерениями ЭДС. Процедура определения времени хранения в описанном способе состоит в измерении ЭДС и напряжения на ХИТ при подключении высокоомного сопротивления при комнатной и пониженной температурах, непродолжительна и легко поддается автоматизации.

Формула изобретения 1. Способ определения времени хранения и отбраковки химического источника тока, заключающийся в измерении ЭДС химического источника тока, отличающийся тем, что, с целью ускорения способа, измеряют ЭДС Јх испытываемого источника тока при комнатной температуре и его ЭДС Јх (Т) и внутреннее сопротивление гх(Т) для слаботокового разряда при температуре Т, определяемой HJB формулы

г0ф Ъ (макс{ Јо(Т)})/10ср, где г0(Т) - характерная величина внутреннего сопротивления химического источника данного типа для слаботокового разряда при температуре Т;

5V - минимальная, надежно измеряемая с помощью используемого вольтметра, величина напряжения;

ЛХгЛ

о Ј0(Т) характерный среднеквадратичный разброс значений естественного термодинамического изменения ЭДС Де0(Т) химического источника тока данного типа при понижении температуры от комнатной до Т;

0ср - минимальная величина тока саморазряда для испытываемого химического источника тока, которую предполагают определять данным способом, после чего определяют величину тока саморазряда хср по формуле

|СР

ABS(AЈx(f)-Ae0(f))

F7

х0(ДЈо(т)-ДЈх,;т)У

гдеДЈх(Т) Јх(Т));

ABS(y)-абсолютное значение величины

У г

1, если у О

%и

0, если у О,

и, если ь. р 0, то химический источник тока годен к эксплуатации, в ином случае определяют время хранения химического источника тока гх (ожидаемое время снижения номинальной емкости Q на р%) по формуле

тх

Q р/100

|СР

и, если гх ниже требуемого времени хранения химического источника тока данного типа, то испытываемый химический источник тока подлежит отбраковке

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса отбраковки, химический источник тока отбра- ковывают при условии выполнения следующего неравенства:

ДЈх(Т) ДЈо(Т)-Кк5Ј0(Т), где положительная константа (), выбор которой определяется конкретными задачами отбраковки

Использование: для отбраковки химического источника тока (ХИТ) и определения времени его хранения. Сущность изобретения: способ позволяет, не разрушая ХИТ, определить наличие саморазряда в нем за время порядка нескольких часов. Для этого измеряют ЭДСЈХ ХИТ при комнатной или иной температуре и ЭДС ех(Т) и внутреннее сопротивление ХИТ гх (Т) для слаботокового разряда при достаточно низкой температуре Т, при которой гх(Т) достаточно велико, и, если разность между изменением ЭДС испытываемого ХИТ и изменением ЭДС, характерным для ХИТ данного типа при данном изменении температуры, отрицательна, испытываемый ХИТ обладает саморазрядом, обусловленным наличием электрической закоротки электродов внутри ХИТ. По результатам измерений рассчитывают время жизни испытываемого ХИТ. 1 з.п. ф-лы. чя Ё