Способ определения остаточной емкости литиевого химического источника тока (хит) и устройство для его реализации

Способ определения остаточной емкости литиевого химического источника тока (хит) и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к способам и устройствам для контроля состояния химических источников тока (ХИТ) в процессе их производства и эксплуатации.

Предшествующий уровень техники

Известен способ определения остаточной емкости ХИТ по наклону кривой зависимости напряжения от снятой емкости (патент США №5371682, кл. G01N 27/46, 1994). Данный способ не обеспечивает необходимой точности определения остаточной емкости для ХИТ с пологой разрядной кривой, как, например, для литиевых ХИТ.

Из известных способ определения остаточной емкости ХИТ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ определения остаточной емкости ХИТ путем контроля напряжения при импульсном разряде (А.С. СССР №550708, кл. Н01М 10/48, 1977). Недостатком указанного способа является сложность достоверного определения емкости ХИТ, что связано с формой кривой провала напряжения на ХИТ при импульсном разряде, которая имеет максимум в области 30% разряженности и две ниспадающие ветви.

Известно устройство для определения остаточной емкости ХИТ, включающее генератор разрядных импульсов, блок сравнения и блок индикации (А.С. СССР №1061198 А, кл. Н01М 10/48, 1983). Недостатком данного устройства является невозможность точного измерения остаточной емкости литиевых ХИТ, имеющих пологую разрядную характеристику.

Из известных устройств для определения остаточной емкости литиевого ХИТ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является устройство, содержащее блок питания, блок памяти, блок сравнения, блок управления, клеммы для подключения тестируемого ХИТ (заявка США №2006/0022644 А1, кл. H02J 7/00). Недостатком указанного устройства является невозможность точного измерения остаточной емкости литиевых ХИТ, имеющих пологую разрядную характеристику.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание достоверного способа и устройства для определения емкости без проведения полного разряда ХИТ.

Указанный технический результат достигается способом определения остаточной емкости литиевого ХИТ, при котором контролируют напряжение при импульсном разряде, осуществляют импульсный разряд тестируемого ХИТ током (20÷80)С мА в течение 10÷200 млс, измеряют провал напряжения на тестируемом ХИТ при импульсном разряде, если провал напряжения меньше 2,0 В ±5%, значение остаточной емкости определяют по предварительно полученной для тестируемого типа ХИТ зависимости провала напряжения при импульсном разряде от значения остаточной емкости, если провал напряжения больше 2,0 В ±5%, измеряют напряжение разомкнутой цепи тестируемого ХИТ в момент окончания импульсного разряда. Если напряжение больше 2,82÷2,7 В, значение остаточной емкости определяют по левой ветви предварительно полученной для тестируемого типа ХИТ зависимости провала напряжения при импульсном разряде от значения остаточной емкости, если напряжение меньше 2,82÷2,7 В, значение остаточной емкости определяют по правой ветви предварительно полученной для тестируемого типа ХИТ зависимости провала напряжения при импульсном разряде от значения остаточной емкости. Указанный способ определения остаточной емкости ХИТ исключает возможность ошибочного определения остаточной емкости из-за наличия максимума и двух ниспадающих ветвей для кривой провала напряжения на ХИТ при импульсном разряде.

Что касается устройства для определения остаточной емкости литиевого ХИТ, то указанный технический результат достигается за счет того, что устройство содержит блок питания, блок памяти, блок сравнения, блок управления, клеммы для подключения тестируемого ХИТ, источник опорного напряжения, подключенный к входу блока памяти, хранящему зависимость провала напряжения от остаточной емкости тестируемого ХИТ, генератор импульсов постоянного тока, выход которого подключен к тестируемому ХИТ, ко входу блока управления и к одному из входов блока сравнения, другие входы которого подключены к выходам блока памяти, блок индикации остаточной емкости тестируемого ХИТ, входы которого соединены с выходами блока сравнения, выходы которого соединены с выходами блока сравнения. Блок памяти может быть выполнен в виде резистивной матрицы. Устройство для автоматизации способа может дополнительно содержать блок сопряжения для подключения компьютера к тестируемому ХИТ.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется примером практической реализации способа и описанием устройства.

Перечень фигур чертежей

На фиг.1 представлена зависимость напряжения исследуемого ХИТ в зависимости от емкости.

На фиг.2 представлена зависимость провала напряжения ХИТ при импульсном разряде.

На фиг.3 представлен один из возможных вариантов выполнения функциональной схемы заявленного устройства.

Заявляемое устройство включает клеммы 1 для подключения исследуемого ХИТ, генератор импульсов постоянного тока 2, блок управления 3, источник опорного напряжения 4, блок сравнения 5, блок памяти 6, блок индикации 7, блок питания 8 и блок сопряжения для подключения компьютера 9.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Устройство работает следующим образом. Тестируемый ХИТ подключается к клеммам 1, при этом на входе блока управления 3 появляется положительный потенциал, который открывает его и включает генератор импульсов постоянного тока 2 на время активации. Тестируемый ХИТ нагружается током активации. По окончании времени активации генератор импульсов постоянного тока 2 нагружает тестируемый ХИТ импульсом постоянного тока. Провал напряжения из ХИТ поступает на вход блока сравнения 5, на другие входы которого поступают значения напряжений с выхода блока памяти 6, отражающих зависимость провала напряжения от остаточной емкости тестируемого ХИТ. Блока памяти 6 подключен к источнику опорного напряжения 4. Блок сравнения 5 сопоставляет значение провала напряжения на тестируемом ХИТ со значениями напряжений, поступающими с блока памяти 6, при этом на выходах блока сравнения 5 появляется та или иная комбинация значений напряжений в зависимости от значения провала напряжения на ХИТ. Выходы блока сравнения 5 подключены ко входам блока индикации 7, который преобразует комбинацию значений напряжений на его входах в показание остаточной емкости. Устройство содержит блок сопряжения 9 для подключения к компьютера к тестируемому ХИТ. Блоки устройства подключены параллельно к блоку питания 8. Определение остаточной емкости может выполняться в автоматическом режиме.

Пример реализации способа

Тестировались литиевые ХИТ типа ВР для кардиостимуляторов в количестве 10 штук.

Параметры:

- НРЦ - 3,4±0,2 В;

- С - 1,2±10% Ач;

- Максимальный ток разряда 10 мА;

- Номинальный ток разряда ≤60 мА;

- Конечное напряжение разряда 2,4 В при I_pa=60 мА;

- Конечное напряжение разряда 2 В при I_раз=10 мА.

Для получения зависимости провала напряжения от остаточной емкости ХИТ производился ступенчатый гальваностатический разряд. После каждой ступени разряда осуществлялась выдержка не менее 10 часов. Далее проводился активирующий разряд ХИТ и разряд импульсом постоянного тока. Все последовательно проводимые операции осуществлялись при температуре 20±2°С.

1. Гальваностатический разряд:

I_раз=(0,2-0,5)I_max мА, I_раз=5 мА, точность установки и поддержания тока ±0,2%. Ступени разряда 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 80% емкости ХИТ.

2. Выдержка после каждой ступени разряда 10-12 часов.

3. Активирующий разряд I_акт=(4-20)·С мА, I_акт=5 мА.

Продолжительность активирующего разряда 5-10 с.

4. Импульсный разряд

I_имп=(20-80)·С мА, I_имп=25 мА, длительность импульса τ=(10-200)·С мс, τ=100 мс.

Импульсный разряд проводился после режима активации на каждой ступени гальваностатического разряда. Замерялось напряжение в конце активирующего разряда, а также провал напряжения на ХИТ при импульсном разряде на каждой ступени разряда. По полученным данным построены графики гальваностатического разряда ХИТ (Фиг.1) и провала напряжения в зависимости от остаточной емкости (Фиг.2).

Точка максимума на графике провала напряжения (Фиг.2) соответствует 30±5% разряженности ХИТ. Этой точке на графике гальваностатического разряда ХИТ (Фиг.1) соответствует напряжение 27,05÷26,99 В.

5. Определение остаточной емкости.

ХИТ данного типа разряжали током активации 5 мА в течение 5 с, замеряли напряжение в конце активации, разряжали импульсным током 25 мА и длительностью 100 мс и замеряли провал напряжения.

По графику зависимости провала напряжения от остаточной емкости (Фиг.2) определяли остаточную емкость ХИТ. Неоднозначность в определении остаточной емкости, например, при 10% и 60% степени разряда имеем одно и то же значение провала напряжения (Фиг.2). Указанная неоднозначность устраняется сравнением напряжения в этих точках с напряжением 2,7 В на графике разряда ХИТ (Фиг.1). Замеренная величина провала напряжения составляет 0,28 В. По графику разряда ХИТ (Фиг.1) при 10% разряда имеем 2,89 В, а при 60% - 2,65 В. Сравниваем это напряжение с напряжением 2,7 В, если оно больше 2,7 В, остаточная емкость определяется по левой ветви, если меньше, то по правой ветви графика (Фиг.2). В дальнейшем полученная зависимость провала напряжения от степени разряженности ХИТ используется для определения остаточной емкости данного типа тестируемого ХИТ.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленные способ и устройство могут быть реализованы на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. они соответствуют критерию «промышленная применимость».

1. Способ определения остаточной емкости литиевого химического источника тока (ХИТ), при котором контролируют провал напряжения при импульсном разряде, отличающийся тем, что импульсный разряд тестируемого ХИТ осуществляют током (20÷80)С мА в течение 10-200 мс, а значение остаточной емкости ХИТ определяют по величине провала напряжения при импульсном разряде из предварительно полученной для данного типа ХИТ зависимости провала напряжения при импульсном разряде от остаточной емкости ХИТ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при наличии двух значений остаточной емкости, полученных из предварительно полученной для данного типа ХИТ зависимости провала напряжения при импульсном разряде от остаточной емкости ХИТ, измеряют напряжение ХИТ под нагрузкой и сравнивают полученное значение напряжения с величиной 2,7 В, если значение напряжения ≥2,7 В, то остаточная емкость определяется по провалу напряжения при импульсном разряде в левой части зависимости, если значение напряжения ≤2,7 В, то остаточная емкость определяется по провалу напряжения при импульсном разряде в правой части зависимости.

3. Устройство для определения остаточной емкости литиевого ХИТ, содержащее блок питания, блок памяти, блок сравнения, блок управления, клеммы для подключения тестируемого ХИТ, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит источник опорного напряжения, подключенный ко входу блока памяти, хранящему зависимость провала напряжения от остаточной емкости тестируемого ХИТ, генератор импульсов постоянного тока, выход которого подключен к тестируемому ХИТ, ко входу блока управления и к одному из входов блока сравнения, другие входы которого подключены к выходам блока памяти, блок индикации остаточной емкости тестируемого ХИТ, входы которого соединены с выходами блока сравнения.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок памяти выполнен в виде резистивной матрицы.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно дополнительно включает блок сопряжения для подключения компьютера к тестируемому ХИТ.