УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для определения омического сопротивления, активного сопротивления электрохимических реакций и электрической емкости двойных электрических слоев химических источников тока (ХИТ).
Известно устройство определения сопротивления ХИТ постоянному току, приведенное в [1]. Через ХИТ пропускают электрический ток разряда, значение которого определяется включенным последовательно с ХИТ резистором, имеющим определенное значение сопротивления, и выполняют первое измерение тока, проходящего через последовательную цепь, и первое измерение падения напряжения на ХИТ. По их значениям определяют первое значение сопротивления ХИТ. Затем второй раз через ХИТ пропускают электрический ток разряда, значение которого определяется включенным последовательно с ХИТ резистором, имеющим другое значение сопротивления, и выполняют вторые измерения тока и падения напряжения на ХИТ. По двум значениям напряжения и двум значениям тока определяют значение сопротивления ХИТ постоянному току по известной формуле. Устройство [1] позволяет измерять внутреннее сопротивление ХИТ только постоянному току.
Наиболее близким устройством определения полного сопротивления ХИТ по отношению к заявляемому является устройство определения сопротивлений ХИТ, реализующее способ, приведенный в [2]. Устройство - прототип содержит включенные в последовательную цепь химический источник тока (ХИТ), управляемый ключ и резистор, первый дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выводам ХИТ, второй дифференциальный усилитель, входы которого подключены к резистору, конденсатор, одним выводом подключенный к выходу первого дифференциального усилителя, а вторым - к первому входу первого перемножителя, выход первого перемножителя через первый фильтр нижних частот подключен к четвертому входу четырехканального аналого-цифрового преобразователя, выход второго дифференциального усилителя подключен к первому входу второго перемножителя, выход второго перемножителя через второй фильтр нижних частот подключен к первому входу четырехканального аналого-цифрового преобразователя, второй вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу первого, а третий вход аналого-цифрового преобразователя - к выходу второго дифференциального усилителя, микроконтроллер, первый выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа и вторым входам первого и второго перемножителей, двунаправленная шина передачи данных соединена с четырехканальным аналого-цифровым преобразователем, первый вход - с пультом ручного управления, а второй выход - с буквенно-цифровым индикатором.
Недостатком устройства - прототипа является большая продолжительность времени измерения.
Задачей, на достижение которой направлено предлагаемое решение, является определение значений омического сопротивления, активного сопротивления электрохимических реакций и электрической емкости двойных электрических слоев, имеющих место на границах разделов электродов с электролитом у ХИТ, с меньшим временем измерения.
Это достигается тем, что в устройстве определения значений омического сопротивления, активного сопротивления электрохимических реакций и электрической емкости двойных электрических слоев химических источников тока, содержащем включенные в последовательную цепь химический источник тока (ХИТ), управляемый ключ и резистор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, первый выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа, второй выход соединен с буквенно-цифровым индикатором, первый вход подключен к ручному пульту управления, а двунаправленная шина данных соединена с аналого-цифровым преобразователем, введен резистивный делитель напряжения, подключенный к химическому источнику тока, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя.
Функциональная схема устройства определения параметров химических источников тока приведена на фиг. 1, на которой обозначено: 1 - химический источник тока (ХИТ); 2 - резистор; 3- управляемый ключ; 4 и 5 - резистивный делитель; 6 - микроконтроллер; 7 - АЦП; 8 -буквенно-цифровой индикатор; 9 - пульт ручного управления.
На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства определения параметров химических источников тока.
На фиг. 2 приведена форма переходного процесса на входе АЦП 7 при замыкании и размыкании ключа 3.
Устройство, изображенное на фиг. 1, работает следующим образом.
1
2
При нажатии кнопки пульта ручного управления 9 микроконтроллер 6 создает на своем цифровом выходе 1 логический уровень, который замыкает ключ 3. В последовательной цепи ХИТ 1 - резистор 2 - замкнутый ключ 3 начинается переходный процесс протекания тока. Уменьшенное резистивным делителем 4-5 падение напряжения на ХИТ подается на вход АЦП 7 и записывается микроконтроллером 6 в памяти, формируя процесс по форме, аналогичной приведенной на фиг.2 (t - момент замыкания управляемого ключа 3). Одновременно процессор анализирует график изменения мгновенного значения напряжения и при достижении установившегося значения f на фиг. 2) размыкает ключ 3.
ом
Расчет значения омического сопротивления R осуществляется микроконтроллером по формуле:
0
где U - начальное напряжение ХИТ;
1
1
U - мгновенное значение напряжения ХИТ в момент времени t;
R2 - значение сопротивления резистора 2.
a
a
Расчет значения активного сопротивления R электрохимической реакции R осуществляется по формуле:
2
2
где U - мгновенное значение напряжения ХИТ в момент времени t.
Значение емкости двойных электрических слоев Сдс рассчитывается по формуле:
Рассчитанные по формулам (1)-(3) значения омического сопротивления, активного сопротивления электрохимических реакций и электрической емкости двойных электрических слоев передаются на буквенно-цифровой индикатор 8.
Экспериментальные исследования макета подтвердили техническую реализуемость устройства и позволили определить значения омического сопротивления, активного сопротивления электрохимических реакций и электрической емкости двойных электрических слоев химических источников тока литий-ионной системы за время 450 мс, что в 4 раза меньше, чем у прототипа.
Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является уменьшенный разряд ХИТ в процессе измерения.
Проведенные патентные исследования и анализ других источников информации показали, что предлагаемое техническое решение является новым, с экспериментально подтвержденным положительным эффектом.
Источники информации, использованные при составлении описания полезной модели:
1. ГОСТ Р МЭК 60896-2-99. Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний.
2. Пат. №2449302 Российская Федерация, МПК7: G01R 31/36, 27/02. Способ определения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока // Антонишен И.В. (RU), Мисюнас А.О. (RU), Tyeв В.И. (RU), Южанин М.В. (RU) - №2010145973/28; заявл. 10.11.2010; опубл. 27.04.2012, Бюл. №12.