ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы РЕМОНТ БАТАРЕЙ И ПРОДЛЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ из "Герметичные химические источники тока" Попытки использовать измерения внутреннего сопротивления, полного и его составляющих, для оценки качества и состояния ХИТ предпринимались неоднократно. Возможности и особенности диагностики источников тока разных электрохимических систем, как первичных, так и перезаряжаемых, различаются в силу особенностей протекающих в них процессов. Далеко не всегда удается найти достаточно четкие количественные меры диагностического параметра, которые позволили бы обеспечить приемлемую точность оценки состояния ХИТ. [c.222] В 1980-е годы проводилось довольно много исследований импедансных спектров щелочных Ni- d и Ni-H2, затем в 1990-х годах - и Ni-MH аккумуляторов с целью определения параметров, которые могли бы характеризовать состояние источника тока более детально, чем НРЦ или напряжение под нагрузкой. Изучались и аккумуляторы, и отдельные электроды при разной степени заряженности или деградации. Рассматривалось изменение всех составляющих импеданса, либо определенных из годографа, либо вычисленных - в терминах эквивалентной схемы. Было показано, что вид годографа сильно меняется при разряде источника тока, особенно в конце его, а импедансная характеристика деградировавшего источника тока отличается от характеристики свежего. Но все работы заканчивались констатацией факта таких отличий, которые характеризовались скорее качественно, чем количественно. [c.223] Была показана возможность в некоторых случаях прогнозировать приближение отказа источника тока, но четкого критерия не было дано. Как правило, исследовались отдельные изделия, но не оценивался статистический риск ошибки при этом методе диагностики. В заключение следует сказать, что исследования изменений импедансных спектров требуют специального высокоточного оборудования, трудоемки и никогда не смогут использоваться для массовой диагностики реальных источников тока. [c.223] Но исследования импедансных характеристик электродов при поиске новых материалов и технологий их изготовления во многих случаях существенно ускорили разработки. Они помогли также более четко описать картину деградации источников тока и были полезны исследователям и разработчикам в определении путей повышения срока их службы. [c.223] При отработке технологии изготовления источников тока могут быть полезны более простые измерения их омического сопротивления. Так, например, было показано [37], что разброс Rq заряженных герметичных Ni- d аккумуляторов производства ВНИАИ (емкостью от 10 до 120 Ач) составляет 40-60 %. Корректировка процедуры дозирования электролита в аккумуляторах НКГК-90 СА при контроле их омического сопротивления позволила улучшить качество продукции. Было показано [112], что при изменении дозировки электролита на 0% Rq аккумуляторов снижается почти в 1,5 раза, а разброс Rq заряженных аккумуляторов уменьшается до 10 % (при разряде на 50 % - в 1,5 раза, при разряде до 1 В - в 5 раз). Этим достигается значительно большая однородность продукции. Для измерений Rq аккумуляторов емкостью более 30 Ач была разработана методика работы на простейшей аппаратуре, которая может быть использована в производственных условиях для быстрого измерения большого количества аккумуляторов, собранных в цепочки [113. [c.223] В процессе длительной эксплуатации происходит заметное уменьшение количества электролита в герметичном аккумуляторе и перераспределение его в электродах и сепараторе, что будет проявляться в увеличении его омического сопротивления. Изменение Rq особенно заметно при малой остаточной емкости. К увеличению Rq приводит и деформация аккумулятора в результате вздутия его при частых перезарядах. А изменение поверхности электродов будет отражаться более всего в поляризационном сопротивлении. [c.224] Определение дефектных и деградировавших источников тока, увеличение сопротивления которых влечет снижение рабочего напряжения на всем протяжении разряда, связано главным образом с оценкой его омического сопротивления. Однако разброс Rq у новых аккумуляторов одного типа, как правило, соизмерим с увеличением индивидуальной характеристики сопротивления в результате деградационных процессов. Измеренная в какой-то момент величина Rq при неизвестной предыстории эксплуатации (даже в точно известном состоянии заряженности) не позволяет однозначно сказать, чем обусловлена эта величина начальной характеристикой аккумулятора или степенью его деградации. [c.224] Разброс омического сопротивления современных цилиндрических герметичных щелочных аккумуляторов при автоматизированном их производстве не превышает 10-15 %. Определить дефектные или деградировавшие после большой наработки можно при большем отклонении от величины импеданса, данной в каталоге. [c.224] В попытке найти достаточно эффективный диагностический параметр для оценки состояния заряженности аккумуляторов рассматривались изменения их импедансных спектров в процессе заряда. Первоначально измерения сопротивления (в диапазоне частот от 1 кГц до 0,01 Гц) проводились при отключении аккумуляторов после сообщения очередной порции заряда. Величина активной составляющей импеданса R при частоте 1 кГц соответствует сопротивлению Rq. На рис. 8.8 и 8.9 показано изменение в процессе заряда импедансных характеристик штатного герметичного никель-кадмиевого аккумулятора [114] и герметизированной свинцово-кислотной ячейки [115 . [c.224] Из рис. 8.8 видно, что величина Rq разряженного Ni- d аккумулятора (кривая 7) отличается от этой величины для всех других состояний. После заряда более чем на 50 % величина Rq вообще не меняется. Наибольшие изменения претерпевает низкочастотное сопротивление, отражающее диффузионные процессы. Было показано [37], что в Ni- d аккумуляторе за эти изменения ответствен положительный электрод, на котором при перезаряде бурно выделяется кислород, и эти изменения имеют место как в герметичном аккумуляторе, так и в открытом. [c.224] В свинцовом аккумуляторе меняется импеданс обоих электродов, но при перезаряде наибольшие изменения происходят в отрицательном, когда начинает интенсивно выделяться водород. [c.225] Импедансные спектры Ni-MH аккумуляторов аналогичны спектрам никель-кадмиевых как по характеру и величине параметров, так и по частотному спектру [116, 117], поскольку вклад в общий импеданс этих источников тока импеданса отрицательного электрода меньше, чем импеданса положительного оксидно-никелевого электрода. [c.225] Выработать четкие критерии для оценки остаточной емкости аккумулятора на основании измеренных величин внутреннего сопротивления не удалось. Но ниже мы покажем решение задачи, которая может быть интересна разработчикам оборудования для эксплуатации источников тока. Задача состояла не в определении остаточной емкости источника тока, но в эффективном и безопасном его дозаряде при любом состоянии. Решение оказалось пригодным не только для щелочных аккумуляторов, но и для свинцово-кислотных. [c.226] При рассмотрении характера изменений импеданса в процессе заряда источников тока с водным электролитом был найден параметр, который позволяет эффективно контролировать процесс их заряда в широком диапазоне токов заряда и температур. Этот параметр - отклик источника тока на сигнал переменного тока 0,01 С и частотой порядка 0,1-0,01 Гц, который накладывается периодически на зарядный ток. Частота переменного тока зависит от емкости источника тока, от площади его электродов. При С = 0,5-2 Ач/= 0,1-0,3 Гц. Для источников тока емкостью в несколько десятков ампер-часов частота, при которой анализируется диффузионное сопротивление, ниже (порядка 0,01 Гц) [37]. [c.226] В аккумуляторах с водным электролитом интенсификация процесса выделения газов при перезаряде приводит к характерным изменениям низкочастотного импеданса, которые связываются с газозаполнением поро-вого пространства положительного электрода. На рис. 8.10 показаны эти изменения в процессе заряда Ni- d и Ni-MH аккумуляторов разных производителей (емкостью от 0,5 до 1,0 Ач), на рис. 8.11 - герметизированной свинцово-кислотной ячейки емкостью 1,2 Ач. [c.226] Реактивная составляющая импеданса X меняется наиболее сильно, но для некоторых источников тока достаточно большими являются изменения и полного импеданса Z = + 2 = измерить который проще (см. раздел 8.2). [c.226] Характерные изменения кривой Х=У(Сзар) при заряде до С и перезаряде значительно больше по величине, чем изменения напряжения источника тока. Кривые имеют аналогичный вид и у аккумуляторов с деформацией корпуса, которая может возникнуть в результате чрезмерного выделения газа на предшествующих циклах. Следует отметить также, что если процесс перезаряда приводит к выделению водорода на отрицательном электроде, то на кривой Х=ДСзар) появляется второй максимум, но выраженный менее четко. [c.226] Измерения низкочастотного импеданса были использованы также и для оценки поглощающей способности кадмиевых электродов в герметичных никель-кадмиевых аккумуляторах [119]. [c.228] Оценка качества и состояния первичных литиевых источников тока, как свежих, так и в процессе длительного (в течение 10 лет) хранения, затрудняется тем обстоятельством, что анод покрыт пассивирующей пленкой, которая не позволяет с достаточной точностью определить их сохранность по величине НРЦ. Поэтому все исследователи пытались найти какие-то возможности диагностики при измерении их импедансных спектров. [c.228] При разработке литиевых источников тока импедансные исследования оказались мощным инструментом, позволившим детально рассмотреть влияние различных факторов на процесс формирования и разрушения пассивирующих пленок на литиевом аноде, общем для всех систем. Изучались электроды литиевые и из различных сплавов, электролиты разного состава и концентраций, влияние присутствия в растворе электролита СО2 и воды. [c.228] Вернуться к основной статье