RU159920U1 - Устройство электромеханической депассивации литиевой батареи - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к устройствам обслуживания батарей и содержания их в исправности, и может быть использована для активации литиевых батарей, преимущественно, для депассивации литий-тионилхлоридных батарей (ЛТХБ), обеспечивающих электропитание технических устройств и систем (ТУС), функционирующих в автономном режиме.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известное устройство, состоящее из микроконтроллера (МК), индикатора, разрядной цепи (РЦ), блока контроля параметров батареи (БКПБ), блока тестирования внутреннего сопротивления батареи (БТВСБ), памяти и литий-тионлхлоридной батареи (ЛТХБ), которая своими с первого по третий портами соединена, соответственно, со вторым портом РЦ, со вторым портом БКПБ и со вторым портом БТВСБ, который первым портом соединен с первым портом МК, который своими со второго по пятый портами соединен, соответственно, с первым портом узла БКПБ, с первым портом узла РЦ, со входом индикатора и с портом узла памяти, и выполненное с возможностью мониторинга изменений внутреннего сопротивления ЛТХБ (ВСБ) относительно порогового значения внутреннего сопротивления ЛТХБ (ПЗВСБ), тестирования ВСБ с измерением текущего значения внутреннего сопротивления ЛТХБ (ТЗВСБ), автоматического запуска активации ЛТХБ при достижении ТЗВСБ>ПЗВСБ, отображения на индикаторе значений величины ТЗВСБ и уровня выходного напряжения ЛТХБ, дополнительно в его состав введены драйвер вибромотора (ДВМ) и миниатюрный вибромотор (МВМ), который своим портом соединен со вторым портом ДВМ, который первым портом соединен с шестым портом МК, при этом, узел МВМ выполнен с возможностью конструктивного сочленения/соединения с ЛТХБ и осуществления ее механических вибраций, направленных на разрушение изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), которая образуется на электроде ЛТХБ в результате ее пассивации, кроме того, узел МК функционирует по программе, обеспечивающей возможность управления процедурой активации ЛТХБ, включая формирование параметров/значений электрических активирующих воздействий (ЭАВ) на ЛТХБ в виде изменяемых по величине и длительности действия импульсов разрядного тока и механических активирующих воздействий (МАВ) на ЛТХБ, в виде изменяемых по интенсивности и длительности действия механических вибраций, направленных на разрушение упомянутой ИПХЛ, формирование и применение к ЛТХБ различных алгоритмов ее активации в виде серии последовательных и/или одновременных воздействий типа ЭАВ и МАВ, контроля ТЗВСБ и уровня выходного напряжения ЛТХБ в каждом цикле воздействий на нее ЭАВ и/или МАВ, прекращения активации ЛТХБ при достижении ТЗВСБ<ПЗВСБ, вывода на индикатор сообщения о неисправности ЛТХБ и необходимости ее замены в случаях, когда после завершения процедуры активации с применением к ЛТХБ комплексного воздействия ЭАВ и МАВ, ее ТЗВСБ превышает ПЗВСБ и/или выходное напряжение ЛТХБ находится за пределами допустимых значений.

Введенные существенные признаки повышают эффективность использования энергоресурса ЛТХБ для обеспечения длительной и безотказной работы технических устройств и систем, функционирующих в автономном режиме.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к устройствам обслуживания батарей и содержания их в исправности, и может быть использована для активации литиевых батарей, преимущественно, для депассивации литий-тионилхлоридных батарей (ЛТХБ), обеспечивающих электропитание технических устройств и систем (ТУС), функционирующих в автономном режиме.

При функционировании ТУС в автономном режиме с электропитанием от химических источников тока (ХИТ) к системе их электропитания часто предъявляются повышенные требования по обеспечению большой длительности автономной работы и сохранению работоспособности в сложных условиях эксплуатации при ограниченных массе и габаритах ТУС. Для удовлетворения этим требованиям электропитание ТУС должно осуществляться с использованием ХИТ с большими энергетическими характеристиками. По оценкам экспертов [Л1, Л2] самую большую плотность энергии обеспечивают литиевые батареи. При этом, среди литиевых батарей лучшими по большинству параметров являются элементы системы литий-тионилхлорид (Li/SOCl₂). Эти изделия характеризуются самым высоким выходным напряжением (3,6 В), максимальной электрической емкостью, широким диапазоном рабочих температур (могут работать при температуре -55…-60°C), способностью выдавать повышенные токи разряда и обеспечивают большой срок хранения, который может превышать более 10 лет. Превосходные качества литий-тионилхлоридных батарей, заключающиеся в том, что они являются мощными элементами питания, обладают исключительными энергетическими характеристиками, имеют низкий саморазряд, длительный срок хранения и широкий температурный диапазон, делают их востребованными для широкого круга потребителей (нефтяников, газовиков, геологов, военных и др.). Поэтому, ЛТХБ широко востребованы и активно используются для обеспечения электропитания различных видов ТУС. Следует отметить, что низкий ток саморазряда и весьма длительный срок хранения ЛТХБ обусловлен существованием тончайшей изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), образующейся на поверхности металлического литиевого электрода. Она возникает еще в момент сборки элемента на конвейерной линии предприятия-изготовителя, как только литий вступает в контакт с тионилхлоридом. А возникнув, она прерывает взаимодействие реагентов и останавливает реакцию. Образование и существование ИПХЛ проявляется главным образом в низком токе саморазряда батареи.

Исследования показали, что наличие ИПХЛ на электроде ЛТХБ создает противоречивую ситуацию. С одной стороны, наличие ИПХЛ гарантирует необходимые (полезные) свойства: низкий ток саморазряда и длительный срок хранения ЛТХБ, поэтому ИПХЛ необходимо сохранять. С другой стороны, с течением времени, толщина пленки хлорида лития нарастает и пропорционально ее толщине увеличивается и сопротивление изоляции, что вызывает снижение выходного напряжения ЛТХБ и приводит к уменьшению ее разрядного тока (выходная мощность ЛТХБ снижается). В момент подключения нагрузки к ЛТХБ наблюдается понижение напряжения на ее выходных контактах (мощности ЛТХБ недостаточно для обеспечения мощности, необходимой нагрузке). Если номинальное напряжение у ЛТХБ при стандартном токе разряда должно быть примерно 3,6 В, то из-за наличия значительного слоя ИПХЛ оно может понизиться до 2,3-2,7 В или еще ниже. Поэтому, для предотвращения снижения работоспособности ЛТХБ и предотвращения выхода из строя/отказа ТУС, получающих электропитание от этой ЛТХБ, ИПХЛ надо разрушать. Для разрушения ИПХЛ используется принудительный разряд ЛТХБ, что неизбежно ведет к снижению общего энергоресурса ЛТХБ. Очевидно, что для предотвращения преждевременной потери работоспособности ЛТХБ из-за ее периодических процедур разряда, разрушать ИПХЛ не надо. Однако, в этом случае из-за образования ИПХЛ происходит потеря способности ЛТХБ отдавать в нагрузку ток, предусмотренный спецификацией этого изделия, что может вызывать отказ в работе ТУС, питающейся от данной ЛТХБ.

Как известно из техники [Л3], явление снижения выходного напряжения на выходе литиевой батареи при подключении к ней нагрузки называется эффектом пассивации, а процедуры, приводящие к устранению этого эффекта, называются активацией/депассиваций ЛТХБ. В элементах питания пассивация играет двоякую роль. Положительная сторона пассивации в том, что она защищает гальванический элемент от заметной потери емкости (снижаются токи утечки), благодаря чему повышается срок хранения этого изделия. Однако, когда батарея хранится какое-то время и затем начинает использоваться (подключается к нагрузке), то начальное выходное напряжение батареи будет низким, так как покрытый слоем собственной соли литий уже не так химически активен по отношению к электролиту. Потребуется некоторое время, прежде чем рабочий ток разрушит пленку на поверхности металлического контакта и рабочее напряжение батареи выйдет на номинальный уровень. То есть, при подключении нагрузки к ЛТХБ возникает задержка напряжения (пассивация выходного напряжения ЛТХБ), которая может вызывать сбои/отказы в работе ТУС. Наиболее уязвимы, с точки зрения возникновения отказов те ТУС, которые длительное время функционируют в режиме экономного энергопотребления (<1 мА) и периодически включаются в режим максимального энергопотребления, при котором ЛТХБ должна обеспечить номинальные/максимальные выходные значения напряжения и тока. Поскольку малый рабочий ток в течение длительного времени работы ТУС недостаточен для препятствия процессу образования ИПХЛ, то неизбежно происходит снижение работоспособности батареи, поскольку толщина ИПХЛ постоянно растет, вызывая повышение внутреннего сопротивления ЛТХБ и увеличение уровня ее пассивации, что сопровождается снижением выходного напряжения батареи под нагрузкой и ограничением выходного тока ЛТХБ. Кроме того, для ТУС, работающих в режиме микропотребления тока, существенной окажется и потеря емкости батареи, поскольку процент использования полезного вещества ЛТХБ уменьшается. При работе ЛТХБ на малых разрядных токах процесс пассивации проходит безостановочно, поэтому, активные вещества (литий и тионилхлорид) будут постоянно расходоваться на образование хлорида лития, что приведет к снижению емкости батареи. Известно, что при работе ЛТХБ в составе ТУС, которая работает в режиме низкого энергопотребления, за 3 месяца может быть использовано около 90% емкости ее активного вещества. Если же ЛТХБ работает более 5 лет, то ее энергоресурс может быть реализован только на 65%, а остальной ресурс нейтрализуется в процессе непрекращающейся пассивации (образования ИПХЛ на электроде ЛТХБ).

Создается ситуация, при которой, с одной стороны, эффект пассивации - продукт технологического характера и необходим для защиты гальванического элемента от заметной потери емкости из-за саморазряда, что обеспечивает сохранение работоспособности батареи в течении длительного времени (>10 лет). Поэтому пассивацию необходимо сохранять. С другой стороны, наличие пассивации ведет к снижению, как энергетического ресурса батареи, так и ее работоспособности/надежности (с точки зрения обеспечения бесперебойного электропитания ТУС), особенно в начальные моменты времени подключения нагрузки, что может вызывать сбои и отказы в работе технических устройств и систем, функционирующих в автономном режиме и питающихся от пассивированных ЛТХБ. Поэтому, пассивацию ЛТХБ необходимо устранять путем разрушения ИПХЛ, которая непрерывно образуется на электроде ЛТХБ. Для поддержания высокого уровня работоспособности необходимо выполнять периодические процедуры обслуживания ЛТХБ, включающие тестирование уровня пассивации (контроль работоспособности ЛТХБ) и ее активацию. При этом энергетические затраты, связанные с тестированием уровня пассивации и активацией ЛТХБ это - вынужденные/необходимые потери энергоресурса ЛТХБ, связанные с поддержанием ее в рабочем состоянии. Очевидно, что расход энергоресурса ЛТХБ на проведение ее обслуживания снижает количество энергоресурса ЛТХБ, который может быть использован на поддержание ТУС в рабочем состоянии (на электропитание нагрузки), и существенно влияет, как на надежность, так и на длительность автономной работы ТУС. В результате энергетических потерь, связанных с обслуживанием ЛТХБ, уровень автономности ТУС, выражающийся в длительности автономного функционирования ТУС, может существенно снижаться. Кроме того, или в работе ТУС могут возникать преждевременные отказы, вызванные тем, что ЛТХБ может преждевременно потерять работоспособность из-за интенсивного расхода ее энергоресурса на ее же обслуживание, особенно, при частом проведении этих процедур. Также, надежность функционирования ТУС может существенно снижаться из-за интенсивной пассивации ЛТХБ, которая может быть вызвана длительной работой ТУС в режиме низкого энергопотребления. Образованная при этом ИПХЛ может достичь такой толщины, что активация ЛТХБ становится практически невозможной из-за высокого сопротивления ИПХЛ, ограничивающей ток активации. В этом случае ЛТХБ становится практически непригодной для обеспечения дальнейшей работы ТУС (не может обеспечить подачу в нагрузку необходимый уровень мощности), хотя ее энергоресурс еще не исчерпан.

В связи с этим возникает задача поиска путей повышения эффективности использования энергоресурса ЛТХБ для обеспечения высокого уровня безотказной и длительной автономной работы ТУС. Здесь под эффективностью использования энергоресурса/емкости ЛТХБ понимается снижение издержек/потерь энергоресурса ЛТХБ, связанных с поддержанием ЛТХБ в работоспособном состоянии, и максимальное извлечение/использование ее энергоресурса для передачи в нагрузку (для обеспечения электропитания ТУС), особенно для случаев «глубокой пассивации» ЛТХБ, когда высокий уровень сопротивления ИПХЛ препятствует активации ЛТХБ и восстановлению ее работоспособности, в то время как емкость/энергоресурс ЛТХБ еще полностью не исчерпан.

Для оценки эффективности использования энергоресурса ЛТХБ, используемого для обеспечения высокого уровня безотказной и длительной автономной работы ТУС в известных из техники устройствах/системах и технических решениях, авторами использован универсальный критерий в виде коэффициента полезного действия батареи (КПДБ), обеспечивающей электропитание и автономную работу ТУС. Корректность использования такого критерия основана на том, что коэффициент полезного действия, согласно [Л4], является характеристикой устройства в отношении преобразования или передачи энергии и определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. Можно считать, что потенциальный/общий энергоресурс системы электропитания устройства (СЭУ) равен паспортному/номинальному значению емкости ЛТХБ, а полезно использованный энергоресурс СЭУ равен части емкости ЛТХБ, которая извлечена из нее и передана в нагрузку (использована для обеспечения электропитания ТУС). При этом, показатель КПДБ можно выразить в виде отношения ξ=Q_н/Q_лтхб, где Q_н - значение энергоресурса (емкости) ЛТХБ, использованного для электропитания нагрузки (поддержания ТУС в работоспособном состоянии), Q_лтхб - общая величина энергоресурса (емкости) ЛТХБ. Очевидно, что для повышения показателя ξ, необходимо обеспечить повышение величины Q_н (в идеальном случае необходимо обеспечить приближение Qн к значению Q_лтхб), что особенно актуально для восстановления работоспособности ЛТХБ после ее «глубокой пассивации», которая может существенно снижать поскольку может приводить к выходу из строя ЛТХБ при наличии неизрасходованного (не переданного в нагрузку) энергоресурса/емкости ЛТХБ. В таких случаях (при «глубокой пассивации ЛТХБ») низкое значение показателя ξ, обусловлено значительным снижением Q_н (так как может быть Q_н<<Q_лтхб).

Информационным/патентным поиском установлено, что известные из техники устройства/системы/технические решения, которые могут быть использованы для решения поставленной задачи, имеют существенные недостатки, поэтому поиск новых решений является актуальным.

Исследования показали, что повышение эффективности использования энергоресурса ЛТХБ для обеспечения высокого уровня безотказной и длительной автономной работы ТУС, электропитание которых осуществляется от ЛТХБ, может быть достигнуто на основе совершенствования процедур обслуживания ЛТХБ, при использовании которых обеспечиваются минимальные потери энергоресурса ЛТХБ на поддержание ее в работоспособном состоянии, особенно при эксплуатации ЛТХБ в условиях, способствующих процессу ее глубокой пассивации (например, при работе ЛТХБ с низкими разрядными токами), при которой толщина ИПХЛ на электроде ЛТХБ значительно увеличивается, что приводит к существенному увеличению внутреннего сопротивления батареи. Предполагается, что при качественном обслуживании достигается, минимизация энергетических потерь, связанных с тестированием и активацией ЛТХБ, поддерживается полная работоспособность батареи (ПРБ), как способность отдавать в нагрузку значение тока, предусмотренного спецификацией производителя этого изделия (ЛТХБ) или как способность обеспечивать максимальный ток, потребляемый ТУС, в котором используется ЛТХБ, а также обеспечивается возможность активировать «глубоко пассивированные» ЛТХБ для обеспечения возможностей по использованию всего энергоресурса (емкости) ЛТХБ для электропитания нагрузки (ТУС). Для устранения эффекта пассивации ЛТХБ в известных устройствах/системах/технических решениях значительная часть энергоресурса ЛТХБ теряется на ее обслуживание (для поддержания высокого уровня работоспособности ЛТХБ). Кроме того, значительная часть энергоресурса может становиться недоступной для использования по назначению (для электропитания ТУС) из-за действия упомянутого эффекта глубокой пассивации батареи (ЭГПБ), что значительно снижает эффективность решения поставленной задачи.

Исследования показали, что при использовании известных из техники решений, для разрушения ИПХЛ на электроде ЛТХБ, то есть для ее активации, используется принудительный разряда ЛТХБ импульсами тока в соответствии с рекомендациями производителя ЛТХБ, что неизбежно приводит к потере общего энергоресурса батареи и к снижению показателя При этом, создается противоречивая ситуация, при которой, с одной стороны, чтобы обеспечить максимальный уровень энергоресурса, ЛТХБ не надо принудительно разряжать. Тогда, из-за эффекта пассивации работоспособность ЛТХБ «угаснет» с течением времени из-за ЭГПБ. С другой стороны, для поддержки постоянного высокого уровня работоспособности ЛТХБ и способности ее отдавать в нагрузку требуемый/номинальный/паспортный ток, ИПХЛ периодически надо разрушать. Поскольку активация предусматривает принудительный разряд ЛТХБ, то это неизбежно ведет к снижению энергетического ресурса/емкости ЛТХБ и эффективности ее использования в составе ТУС (количество энергоресурса, которое может быть использовано для электропитания нагрузки - снижается). Частично данное противоречие устраняется, когда ЛТХБ находится на хранении, поскольку время ее хранения может быть точно установлено. В этом случае, перед вводом в эксплуатацию ЛТХБ, ее активируют в соответствии с рекомендациями производителя в соответствии с известными сроками хранения и обслуживания. После ввода ЛТХБ в эксплуатацию выполнять рекомендации производителя по обслуживанию, особенно, в части касающейся определения периодичности проведения процедур активации батареи, становится весьма проблематичным, поскольку ЛТХБ находится под воздействием неизвестных токовых нагрузок, одни из которых могут препятствовать процессу пассивации, а другие - способствовать. В результате этого, создается противоречивая ситуация, при которой, с одной стороны, для предотвращения отказов в работе ТУС необходимо чаще проводить активацию ЛТХБ, а с другой стороны, для обеспечения экономного расхода энергоресурса батареи, ее активацию надо выполнять реже. То есть, поддержка состояния полной работоспособности батареи (ПРБ) на практике весьма проблематична, что связано с действием объективных факторов, среди которых - отсутствие сведений о сроках хранения и режимах эксплуатации ЛТХБ в составе ТУС. Это приводит к тому, что ЛТХБ может подвергаться процедуре активации или чрезмерно часто, или не своевременно. В первом случае ЛТХБ подвергается ускоренному износу и быстрой потере энергоресурса, а во втором, потере состояния ПРБ в результате действия ЭГПБ, что ведет к отказам в работе ТУС.

Установлено, что для решения поставленной задачи иногда используется известный из техники [Л5] способ обслуживания ЛТХБ, предусматривающий для батарей, находящихся на длительном хранении, проведение через каждые полгода процедуры активации с доведением выходного напряжения ЛТХБ до ее номинального напряжения. Этот способ предусматривает перед введением в эксплуатацию, выполнять разряд ЛТХБ до тех пор, пока напряжение на ее выходе не достигнет номинального. При этом, осуществление упомянутой активации ЛТХБ осуществляется током, который должен быть примерно в 1~3 раза выше тока, потребляемого электронным устройством в его нормальном режиме работы. При выполнении активации допускается падение напряжения с 3.6 В до уровня 3 В. Время активации не должно превышать 5 минут. Если через 5 минут батарейка, которая хранилась полгода, не обеспечивает требуемый уровень выходного напряжения, принимается решение, что она уже неработоспособна и должна быть заменена.

Недостатком данного способа обслуживания ЛТХБ является низкая эффективность. Это обусловлено следующими факторами субъективного и объективного характера. Так, при использовании данного способа, установленные регламенты/требования производителя батареи могут быть грубо нарушены, поскольку физические лица (ФЛ), выполняющие обслуживание ЛТХБ, могут иметь низкую подготовку и квалификацию. Допущенные нарушения нормативов, предусмотренных процедурой обслуживания (активации) ЛТХБ, например, из-за отвлечений, ошибок и значительных погрешностей при визуальном контроле процессов разряда ЛТХБ и измерениях напряжения на ее выходе, могут вызывать избыточный расход емкости ЛТХБ или ее неполную активацию. То есть, выполнение процедуры активации ЛТХБ в этом способе выполняется «на глаз»/примерно/без соблюдения строго регламента, что сказывается на качестве активации ЛТХБ и контроле ее работоспособности, поскольку может привести к частичному восстановлению работоспособности ЛТХБ или к чрезмерному расходу ресурса этой батареи (потери емкости). Кроме того, данный способ дает примерные рекомендации по активации ЛТХБ: «активация осуществляется током, который должен быть примерно в 1-3 раза выше тока, потребляемого электронным устройством в его нормальном режиме работы». Это также снижает эффективность использования данного способа и может вызывать ускоренный расход энергоресурса ЛТХБ, поскольку при ее активации потребитель/ФЛ может выполнять разряд ЛТХБ чрезмерно большими токами и/или чрезмерно длительное время, особенно, в условиях априорной неопределенности рабочих режимов ТУС, в которых будет использоваться ЛТХБ, и отсутствия данных о сроках ее выпуска/хранения и/или эксплуатации в режиме разряда микротоками, не препятствующими пассивации ЛТХБ. Также, данный способ имеет низкую эффективность применения при эксплуатации ЛТХБ в составе ТУС. Это обусловлено тем, что при эксплуатации ТУС работа ЛТХБ осуществляется в комбинированном режиме, предусматривающем: хранение (ТУС выключено), работу в микротоковом режиме (когда ток разряда ЛТХБ на порядок меньше номинального разрядного тока, установленного спецификацией ЛТХБ), способствующем пассивации ЛТХБ, и работу с номинальной токовой нагрузкой. При таком режиме работы пользователю ТУС практически невозможно определить точную периодичность проведения процедуры активации ЛТХБ. Поэтому, активации будет проводиться случайным образом, скорее всего, более часто, чем требуется, для того, чтобы обеспечить состояние ПРБ. В этом случае ЛТХБ будет ускоренно терять свой энергоресурс. Если же активация будет проводиться редко, то за счет действия ЭГПБ батарея может потерять свою работоспособность и вызвать отказ в работе ТУС за счет того, что возможность передачи мощности в нагрузку будет ограничена сопротивлением ИПХЛ. В данном способе возможность выполнения активации ЛТХБ с оптимизацией расхода/снижения энергоресурса на поддержание ее в рабочем состоянии - не обеспечивается. Кроме того, для случаев длительного периода пассивации, когда ЛТХБ подвергается действию ЭГПБ, возможность восстановления работоспособности ЛТХБ - не гарантируется, так как при значительном увеличении толщины ИПХЛ и, соответственно, при значительном увеличении сопротивления ИПХЛ, необходимая величина тока активации может быть не достигнута.

Из техники [Л6] известен способ активации ЛТХБ, предполагающий для аппаратуры, большую часть времени пребывающей в выключенном состоянии или потребляющей микротоки, перед началом использования по назначения подвергать активации, выражающейся в том, что ЛТХБ вручную подключается к нагрузке на несколько секунд и под контролем напряжения на клеммах разряжается током, превышающем стандартный в несколько раз до тех пор, пока мощный разряд тока, протекающего через ЛТХБ, не разрушит изолирующую пленку, с завершением активации после того, как напряжение на нагрузке восстановится до рабочего уровня, за которым принимается значение напряжения, превышающее 3 В.

Данный способ можно считать более приемлемым, по сравнению с предыдущим, поскольку, согласно мнению большинства экспертов, более надежным критерием активации (депассивации) ЛТХБ является не полное восстановление номинального напряжения 3.6 В на выходе батареи, а достижение значения, превышающего 3 В, как предусмотрено в данном способе активации ЛТХБ. Именно такой критерий (достижение >3 В на выходе нагруженной ЛТХБ) может обеспечить более бережный расход энергоресурса обслуживаемой батареи.

Недостатки данного способа - аналогичные, как и у предыдущего способа. Данный способ также предлагает примерный режим обслуживания ЛТХБ: «выполнять разряд батареи током, превышающем стандартный в несколько раз». Данный способ активации/депассивации ЛТХБ может вызывать существенное снижение ресурса ЛТХБ, поскольку при его использовании не регламентируется периодичность процедуры активации и воздействие на ЛТХБ осуществляется не нормированным по времени и значению тока «стрессовым» воздействием большими токами, что вызывает значительный расход емкости батареи и ускоренную выработку ее ресурса. Также, данный способ имеет низкий уровень эффективности, поскольку после установки ЛТХБ в ТУС, вопрос обслуживания ЛТХБ остается «открытым», то есть, как и когда эту процедуру выполнять - все на усмотрение пользователя, который лишен достоверной информации о степени износа и пассивации ЛТХБ. При использовании данного способа возможность обслуживания с минимизацией/снижением энергетических потерь, связанных с активацией ЛТХБ и организация такого обслуживания, при котором сохраняется способность ЛТХБ отдавать в нагрузку значение тока, предусмотренного спецификацией производителя или поддерживать максимальный ток потребления ТУС - не обеспечивается. Также возможность восстановления работоспособности ЛТХБ после воздействия на нее ЭГПБ - не обеспечивается.

Из техники [Л7] известно устройство, состоящее из батареи последовательно соединенных химических источников тока (далее - батарея), блока балансировки и контроля параметров батареи (БКПБ), разрядной цепи (РЦ). индикатора и блока управления (БУ), который своими с первого по третий портами соединен, соответственно, со входом индикатора, с первым портом узла РЦ и с первым портом узла БКПБ, который вторым портом соединен с первым портом батареи, которая вторым портом соединена со вторым портом узла РЦ, при этом, узел БУ выполнен с возможностью контроля работоспособности батареи по данным, поступающим с узла БКПБ, который выполнен с возможностью контроля напряжения на элементах батареи и балансировки их токовой нагрузки.

Устройство функционирует следующим образом. В исходном состоянии узлом БКПБ осуществляется измерение напряжения на элементах батареи. Тестирование батареи осуществляется кратковременным подключением к ней узла РЦ, который эмулирует нагрузку с ее номинальным током. Если в процессе тестирования напряжение на батарее находится в пределах допустимых значений, то на индикатор выводится сообщение об исправности батареи. В простейшем случае индикатор может быть двухцветным светодиодом, зеленое или красное свечение которого может свидетельствовать, соответственно, об исправности или разряженном состоянии батареи. Предполагается, что наличие тестового режима может обеспечить устранение пассивации батареи. В рабочем состоянии, при подключении нагрузки (после включения электропитания ТУС), батарея начинает разряжаться. Уровень напряжения на элементах батареи контролируется узлом БКПБ. В процессе разряда батареи или при воздействии на нее больших разрядных токов, напряжение на отдельных элементах батареи может уменьшаться, что свидетельствует о их разряде или снижении работоспособности. В этих случаях, узлом БКПБ под управлением узла БУ осуществляется балансировка элементов батареи, обеспечивающая перераспределение токовой нагрузки между элементами батареи. Если в процессе эксплуатации напряжение на батарее снизится ниже допустимого значения, то этот факт будет зафиксирован узлом БУ, который включит на индикаторе режим индикации факта, что батарея разряжена/не работоспособна.

Данное устройство частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Это обусловлено тем, что в устройстве предусмотрена процедура тестирования батареи, которая позволяет контролировать работоспособность батареи и своевременно оповещать пользователя ТУС о ее состоянии с помощью индикатора. Кроме того, узлом БКПБ обеспечивается балансировка токовой нагрузки на элементы батареи, что обеспечивает повышение ее работоспособности.

Данное техническое решение имеет недостатки, аналогичные предыдущему устройству. Так, тестирование батареи, не обеспечивает достоверного контроля работоспособности батареи, поскольку ее пассивация может развиваться постепенно и на этапе тестирования номинальным нагрузочным током не обнаруживаться и не устраняться. Кроме того, тестирование батареи номинальным током не обеспечивает проверку ее работоспособности при максимальном рабочем токе ТУС. Частое тестирование батареи, осуществляемое при каждом включении электропитания ТУС, с одной стороны, способствует частичной активации, однако ведет к повышенному расходу ее энергоресурса. Следует также заметить, что балансировка токовой нагрузки на элементы батареи может в ряже случаев способствовать развитию процесса пассивации отдельных элементов батареи, потому, что действие импульсов повышенного тока, способного разрушить ИПХЛ, снижается узлом БКПБ.

Исследования показали, что минимизация энергетических затрат (МЭЗ), связанных с активацией ЛТХБ, весьма проблематична, поскольку пассивация ЛТХБ зависит от многих факторов, учет влияния которых на формирование ИПХЛ в ЛТХБ практически учесть/предсказать невозможно. При разных температурах и токовых режимах, воздействующих на ЛТХБ, степень ее пассивации будет различной, поэтому, точное определение момента, когда необходимо провести активацию ЛТХБ, весьма затруднительно. Создается противоречивая ситуация, при которой, с одной стороны, для обеспечения состояния ПРБ необходимо ЛТХБ активировать часто, что приводит к ускоренному расходу ее энергоресурса. С другой стороны, для экономного расхода энергоресурса ЛТХБ, необходимо проводить ее активацию как можно реже, может нарушить работоспособность ЛТХБ и вызвать сбои/отказы в работе ТУС.

По мнению авторов, наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту (прототипом) является, известное из техники [Л8], устройство тестирования и активации литий-тионилхлоридной батареи, (далее - устройство), состоящее из микроконтроллера (МК), индикатора, разрядной цепи (РЦ), блока контроля параметров батареи (БКПБ), блока тестирования внутреннего сопротивления батареи (БТВСБ), памяти и литий-тионлхлоридной батареи (ЛТХБ), которая своими с первого по третий портами соединена, соответственно, со вторым портом узла РЦ, со вторым портом узла БКПБ и со вторым портом узла БТВСБ, который первым портом соединен с первым портом узла МК, который своими со второго по пятый портами соединен, соответственно, с первым портом узла БКПБ, с первым портом узла РЦ, со входом индикатора и с портом узла памяти. При этом, узел МК функционирует по программе, обеспечивающей возможность мониторинга внутреннего сопротивления батареи ЛТХБ (ВСБ) в процессе ее эксплуатации, предусматривающего регистрацию в памяти начального (при вводе ЛТХБ в эксплуатацию) значения внутреннего сопротивления ЛТХБ (НЗВСБ), формирования с фиксацией в памяти порогового/допустимого значения внутреннего сопротивления ЛТХБ (ПЗВСБ), величина которого может быть установлена, например, как 1.5-2 величины НЗВСБ или такому ее значению, при котором с помощью ЛТХБ обеспечивается максимальный ток потребления технического устройства (нагрузки), в котором установлена ЛТХБ, периодического, например, один раз в неделю, тестирования ВСБ с помощью узла БТВСБ, фиксации и накопления в памяти измеренных (полученных в процессе тестирования ЛТХБ) значений ВСБ, обработки накопленных в памяти значений ВСБ и определения степени деградации (потери работоспособности) ЛТХБ по величине ее внутреннего сопротивления на основе сравнения текущего ВСБ (ТЗВСБ) с ее пороговым/допустимым значением (ПЗВСБ), автоматического запуска процедуры активации ЛТХБ, при достижении ВСБ уровня, превышающего пороговое/допустимое значение (ПЗВСБ), управления процедурой активации ЛТХБ, предусматривающей использование узла РЦ для формирования импульса разрядного тока (ИРТ) с параметрами (величиной тока и временем его действия), предусмотренными производителем ЛТХБ, с одновременным контролем напряжения на элементах ЛТХБ с помощью узла БКПБ, отображения на индикаторе состояния ЛТХБ, соответствующего работоспособности или потери ее работоспособности, если после выполнения процедуры активации/тестирования ЛТХБ, ее ВСБ и/или выходное напряжение находятся, соответственно, в допустимых пределах или за ее пределами.

Функциональная схема данного устройства приведена на фиг. 1. Устройство (фиг. 1) состоит из микроконтроллера (МК) 1, индикатора 2, разрядной цепи (РЦ) 3, блока контроля параметров батареи (БКПБ) 4, блока тестирования внутреннего сопротивления батареи (БТВСБ) 5, памяти 6 и литий-тионлхлоридной батареи (ЛТХБ) 8, которая своими с первого по третий портами соединена, соответственно, со вторым портом узла РЦ 3, со вторым портом узла БКПБ 4 и со вторым портом узла БТВСБ 5, который первым портом соединен с первым портом узла МК 1, который своими со второго по пятый портами соединен, соответственно, с первым портом узла БКПБ 4, с первым портом узла РЦ 3, со входом индикатора 2 и с портом узла памяти 6. При этом, узел МК 1 функционирует по программе, обеспечивающей возможность мониторинга внутреннего сопротивления батареи ЛТХБ 8 (ВСБ) в процессе ее эксплуатации, предусматривающего регистрацию в памяти 6 начального (при вводе ЛТХБ 8 в эксплуатацию) значения внутреннего сопротивления ЛТХБ 8 (НЗВСБ), формирования с фиксацией в памяти 6 порогового/допустимого значения внутреннего сопротивления ЛТХБ 8 (ПЗВСБ), величина которого может быть установлена, например, как 1.5-2 величины НЗВСБ или такому значению, при котором с помощью ЛТХБ 8 обеспечивается максимальный ток потребления технического устройства (нагрузки 7), в котором установлена ЛТХБ 8, периодического, например, один раз в неделю, тестирования ВСБ с помощью узла БТВСБ 5, фиксации и накопления в памяти 6 измеренных (полученных в процессе тестирования ЛТХБ 8) значений ВСБ, обработки накопленных в памяти 6 значений ВСБ и определения степени деградации (потери работоспособности) ЛТХБ 8 по величине ее внутреннего сопротивления на основе сравнения текущего значения ВСБ (ТЗВСБ) с ее пороговым/допустимым значением (ПЗВСБ), автоматического запуска процедуры активации ЛТХБ 8 при достижении ТЗВСБ уровня, превышающего пороговое/допустимое значение (ПЗВСБ), управления процедурой активации ЛТХБ 8, предусматривающей использование узла РЦ 3 для формирования импульса разрядного тока с параметрами (величиной тока и временем его действия), предусмотренными производителем ЛТХБ 8, с одновременным контролем напряжения на элементах ЛТХБ 8 с помощью узла БКПБ 4, отображения на индикаторе 2 состояния ЛТХБ 8, соответствующего работоспособности или потери ее работоспособности, если после выполнения процедуры активации/тестирования выходное напряжение ЛТХБ 8 и/или ее ТЗВСБ находится, соответственно, в допустимых пределах или за ее пределами.

Устройство (фиг. 1) функционирует следующим образом. В исходном состоянии нагрузка 7 отключена (ТУС выключено). Периодически, например, один раз в сутки или неделю, автоматически запускается процедура тестирования узла ЛТХБ 8 под управлением узла МК 1. Процедура тестирования ЛТХБ 8 предусматривает предварительную регистрацию в памяти 6 начального (при вводе ЛТХБ 8 в эксплуатацию) значения внутреннего сопротивления ЛТХБ 8 (НЗВСБ), формирование с фиксацией в памяти 6 порогового/допустимого значения внутреннего сопротивления ЛТХБ 8 (ПЗВСБ), значение которого может быть установлено, например, как 1.5-2 величины НЗВСБ или такому значению, при котором с помощью ЛТХБ 8 обеспечивается максимальный ток потребления нагрузки 7, которой является техническое устройство/система, функционирующая в автономном режиме с электропитанием от ЛТХБ 8, фиксацию и накопления в памяти 6 измеренных (полученных в процессе тестирования ЛТХБ 8) значений ВСБ, включение узла БТВСБ 5 для измерения текущего значения ВС ЛТХБ 8 (ТЗВСБ). Далее, осуществляется обработка накопленных в памяти 6 значений ВСБ и определение степени деградации (потери работоспособности) ЛТХБ 8 по величине ее текущего значения внутреннего сопротивления (ТЗВСБ). Для этого осуществляется сравнение ТЗВСБ с ее пороговым/допустимым значением (ПЗВСБ). Далее, при достижении ТЗВСБ уровня, превышающего ПЗВСБ, осуществляется автоматический запуск процедуры активации ЛТХБ 8, иначе считается, что ЛТХБ 8 - работоспособна и на индикатор 2 выводится соответствующее сообщение. Таким образом, если на этапе тестирования ЛТХБ 8 установлено, что ТЗВСБ>ПЗВСБ, то автоматически запускается процедура активации ЛТХБ 8, которая выполняется под управлением узла МК 1. При этом, узел РЦ 3 используется для формирования импульса разрядного тока с параметрами (величиной тока и временем его действия), предусмотренными производителем ЛТХБ 8, с одновременным контролем напряжения на элементах ЛТХБ 8 с помощью узла БКПБ 4. На индикаторе 2 отображается состояние ЛТХБ 8, соответствующее работоспособности или потери ее работоспособности, если после выполнения процедуры активации выходное напряжение ЛТХБ 8 и/или ее ВСБ находится, соответственно, в допустимых пределах или за ее пределами. При использовании в качестве узла индикатора 2 двухцветного светодиода, его свечение устанавливается зеленым, как признак работоспособной ЛТХБ 8, в противном случае - цвет свечения индикатора 2 устанавливается красным (ЛТХБ 8 - неисправна).

В данном техническом решении (TP) предполагается, что снижение расхода энергоресурса ЛТХБ на поддержание ее в работоспособном состоянии может быть достигнуто за счет использования предварительного периодического контроля внутреннего сопротивления ЛТХБ (КВСБ), на основании результатов которого принимаются решения о необходимости выполнения процедуры ее активации по следующему алгоритму: если текущее (измеренное) ВСБ больше или меньше порогового/допустимого значения ВСБ, то активация ЛТХБ, соответственно, должна проводиться или нет. Такая стратегия может давать положительные результаты только при достижении оптимальной периодичности проведения процедур контроля ВСБ, что не реализовано в данном устройстве.

Недостатком данного TP является низкая эффективность, с точки зрения контроля и поддержания работоспособности ЛТХБ, а также минимизации расхода емкости ЛТХБ на ее активацию/низкий показатель Это обусловлено следующими факторами. Во-первых, использование данного TP может вызывать высокий уровень потерь энергоресурса ЛТХБ, расходуемого на контроль и поддержку работоспособности ЛТХБ. Это обусловлено тем, что показатель КВСБ не может быть оптимизирован по периодичности его выполнения (необходимые признаки и свойства в данном TP - отсутствуют), поэтому на практике возможны, как чрезмерно высокая частота проведения процедур КВСБ, так и низкая частота проведения КВСБ. При высокой частоте выполнения тестовых процедур КВСБ происходит ускоренный расход энергоресурса ЛТХБ, так как каждая из процедур КВСБ является «стрессом» для ЛТХБ, с точки зрения воздействия на нее токовых нагрузок, которые по интенсивности могут превышать значения рабочих/номинальных токов. Для получения надежных результатов КВСБ необходимо использовать высокую частоту проведения процедур КВСБ, что вызывает интенсивный расход емкости ЛТХБ. То есть, повышение надежности контроля уровня работоспособности ЛТХБ достигается высокой ценой - повышенным расходом энергоресурса батареи, что приводит к сокращению длительности автономной работы ТУС, питающегося от ЛТХБ, а также снижением надежности его работы, поскольку вероятность отказа ТУС в условиях воздействия на ЛТХБ дополнительной токовой нагрузки - снижается. Данное TP имеет низкий уровень эффективности использования энергоресурса ЛТХБ для обеспечения высокого уровня безотказной и длительной автономной работы ТУС, питающихся от ЛТХБ, и в случаях, когда контроль и поддержка ее работоспособности осуществляется с низкой периодичностью (редко). При низкой частоте выполнения тестовых процедур КВСБ происходит неконтролируемая пассивация ЛТХБ, процедуры активации ЛТХБ могут выполняться не своевременно, что служит источником снижения уровня работоспособности ЛТХБ и отказов в работе ТУС, функционирующих при электропитании от ЛТХБ. Кроме того, при низкой периодичности проведения процедур КВСБ процедура активация может быть безуспешной из-за действия ЭГПБ, когда на электроде ЛТХБ возникает ИПХЛ с высоким значением омического сопротивления, препятствующего электрической депассивации ЛТХБ. То есть, при использовании данного технического решения могут возникать ситуации, при которых работоспособность ЛТХБ не может быть восстановлена, хотя ее энергоресурс не исчерпан, что является принципиальным/не устранимым недостатком данного ТР.

По мнению авторов, решение поставленной задачи, связанной с повышением эффективности использования энергоресурса ЛТХБ для обеспечения высокого уровня безотказной и длительной автономной работы ТУС, электропитание которых осуществляется от ЛТХБ, может быть достигнуто на основе использования комбинированного метода активации ЛТХБ, предполагающего использование для разрушения ИПХЛ, которая возникает на электроде ЛТХБ, комплексного воздействия в виде токовых импульсов и механических нагрузок/вибраций. Использование данной идеи основано на следующих данных. Так, из [Л10], известно, что внутреннее сопротивление литий-тионилхлоридной батареи непостоянно - оно все время растет или падает: начинает расти при потреблении ТУС небольшого (на порядок меньше номинального) или нулевого тока, и начинает падать при потреблении большого (близкого к номинальному) тока. Это обусловлено факторами объективного характера. При взаимодействии лития и тионилхлорида на литии образуется пленка, поскольку тионилхлорид - мощный хлорирующий агент, а литий - очень активный щелочной металл. При соприкосновении они реагируют с образованием хлорида лития. Хлорид лития, в свою очередь, не растворяется в тионилхлориде и остается в виде пленки на поверхности лития. Эта пленка хлорида лития прекращает реакцию между литием и тионилхлоридом. Однако с течением времени (например, при хранении батареи на складе), пленка растет и утолщается, увеличивая сопротивление и уменьшая напряжение и рабочий ток батареи. Толщина этой пленки не постоянна, она зависит от тока, температуры и прочих факторов. Быстро разрушить такую пленку могут механические воздействия на корпус (удары, вибрация) или сильный разрядный импульс тока, параметры которого (величину тока активации и время активации) определяют (указывают в технической документации) производители ЛТХБ. Однако, воздействие токовых импульсов активации (ТИА) не всегда обеспечивает деппассивацию ЛТХБ (поддержание батареи в работоспособном состоянии). Так, длительная эксплуатация ЛТХБ в составе ТУС, находящемся в микропотребляющем режиме, может создавать условия глубокой пассивации ЛТХБ. При этом происходит постоянное нарастание (увеличение толщины) пленки хлорида лития, батарея не выходит из режима пассивации длительное время и все время погружается в него, что вызывает, как падение емкости ЛТХБ, так и проблемы вывода ее из пассивированного состояния, поскольку ИПХЛ может нарасти на электроде (увеличиться в толщине) так сильно, что ее сопротивление ограничивает величину разрядного тока, необходимого для разрушения ИПХЛ. Из этой ситуации проблематично выйти типовым способом (который используется в устройстве - прототипе), заключающимся в воздействии на ЛТХБ с помощью ТИА. Безрезультатность электрической активации ЛТХБ создает ситуацию, при которой к не полностью разряженной ЛТХБ необходимо применить дополнительные меры, позволяющие восстановить ее работоспособность. Такими дополнительными воздействиями на ЛТХБ, позволяющими активизировать процесс ее депассивации, являются механические удары и вибрации, результат действия которых должен осуществляться с управлением интенсивностью/продолжительностью действия механических воздействий и контролем электрических параметров ЛТХБ. Из [Л10] известно, что большую часть объема корпуса батарейки занимает положительный электрод, выполненный из пористого углерода, пропитанного тионилхлоридом. Отрицательный электрод изготавливается путем осаждением лития на внутренней поверхности корпуса батарейки. Под воздействием тионилхлорида на литиевом электроде образуется пассивная пленка, основным компонентом которой является хлорид лития. Поскольку корпус батарейки является электродом, на котором содержится литий с образующейся в процессе эксплуатации батарейки пассивной пленкой, то это делает его чувствительным к механическим воздействиям (вибрациям, ударам). В [Л11] отмечается, что влияние изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ) и нагрузочного тока друг на друга имеет сложный характер. Обычно, для приведения ЛТХБ в работоспособное состояние необходимо обеспечить разрушение ИПХЛ, что может быть достигнуто с помощью мощного токового импульса. Кроме того, нарушить целостность ИПХЛ также может обеспечить воздействие на корпус батарейки легких ударов/постукиваний или вибраций. Как известно из [Л12], сопротивление ИПХЛ на электроде ЛТХБ характеризуется двумя элементами эквивалентной электрической схемы, один из которых характеризует кристалл хлорида лития. Второй элемент - активное сопротивление (АС), которое на порядок ниже и по своей величине имеет тот же порядок, что и сопротивление всей пленки, определенное на малой частоте. Учитывая поликристаллическое строение пленки, сопротивление АС можно отнести к сопротивлению межкристаллитных каналов, образующихся при соприкосновении отдельных растущих кристаллов. Проводимость таких каналов гораздо выше проводимости кристаллов, во-первых, из-за поверхностной разупорядоченности контактирующих фаз, во-вторых, из-за того, что при смыкании кристаллов в узких порах резко меняются диффузионные условия, определяющие рост кристаллов, и возможно включение большого числа примесей, вплоть до гетерогенных поликристаллических образований. Получается, что пленка состоит из набора кристаллов, имеющих высокое сопротивление и межкристаллитных каналов с низким сопротивлением. Ввиду того, что диффузионный импеданс относится скорее всего к границе пленка/раствор (межкристаллитный канал/раствор), поверхностный слой кристаллов имеет включенное параллельно ему диффузионное сопротивление, чем и отличается от ниже лежащих слоев. На основе этого можно полагать, что под воздействием механических вибраций происходит изменение свойств кристаллической структуры ИПХЛ, включая измельчение кристаллов, имеющих высокое сопротивление и увеличение межкристаллитных каналов с низким сопротивлением, что и обеспечивает повышение эффективности активации ЛТХБ.

Экспериментальные исследования показали, что применение механических воздействий в сочетании/в комбинации с электрическими воздействиями (выполняемыми поочередно или одновременно) на ИПХЛ, которая образована на электроде ЛТХБ, существенно повышает эффективность процедуры ее активации, что выражается в снижении энергетических затрат на выполнение этой процедуры, сокращении времени активации ЛТХБ и возможности восстановления работоспособности ЛТХБ после воздействия на них ЭГПБ, когда разрушение ИПХЛ и восстановление работоспособности ЛТХБ с использованием только воздействий в виде разрядных токов - невозможно. Для оценки эффективности комплексной/комбинированной активации ЛТХБ были проведены лабораторные испытания с использованием литий-тионилхлоридных батарей типа ER26500 и ER34615 производства компании ЕЕМВ [Л13]. В процессе исследований к ЛТХБ, которые находились на складском хранении в течении около года, были применены: а) типовой алгоритм активации батарей (ТААБ) в виде рекомендованных производителем ЛТХБ разряда батарей током Ia₂₆₅₀₀=260 мА в течении Ta₂₆₃₀₀=60 сек (для ER26500) и током Ia₃₄₆₁₅=460 мА в течении Ta₃₄₆₁₅=60 сек (для ER34615), б) авторский алгоритм активации батарей (АААБ), предусматривающий применение к ЛТХБ механических воздействий в сочетании с электрическими воздействиями (выполняемыми поочередно/одновременно). Однотипные образцы ЛТХБ были разделены на две группы: первая подвергалась активации по ТААБ, а вторая - активации по АААБ. Расчет затрат энергоресурса, который расходовался на процедуру активации ЛТХБ, отнесенных к первой группе, выполнялся с использованием следующего выражения:

где Qта - затраты энергоресурса ЛТХБ при типовой активации, Iат - типовой/заданный ток активации ЛТХБ, Tта - типовое время активации ЛТХБ, рекомендованное компанией ЕЕМВ.

Расчет затрат энергоресурса, который расходовался на процедуру активации ЛТХБ, отнесенных ко второй группе, выполнялся с использованием следующего выражения:

где Qaa - затраты энергоресурса ЛТХБ при активации по авторскому алгоритму, i_k - значение импульсного тока активации ЛТХБ, не превышающий Iта, t_k - длительность импульсного тока активации ЛТХБ, не превышающий Tта, i_m - значение импульсного тока включающего миниатюрный вибромотор (МВМ) создающий вибрации ЛТХБ (i_m<<Iта), t_m - длительность включения МВМ, не превышающая Tта. В экспериментальных исследованиях t_m=1 сек со скважностью 1, значение k, m не превышало 60, величины i_k, i_m изменялись от 10% до 70% от значения Iта.

Для оценки энергетического выигрыша ξq, получаемого при активации ЛТХБ по авторскому алгоритму, включающему комбинированное (последовательное/поочередное) воздействие на ИПХЛ, которая образовалась на электроде ЛТХБ, периодическими импульсами электрического тока нарастающей интенсивности и периодическими механическими вибрациями нарастающей интенсивности, использовались данные, полученные при расчетах по (1) и (2) с применением следующего выражения:

Для оценки выигрыша по скорости активации ξ_t, получаемого при активации ЛТХБ по авторскому алгоритму использовалось следующее выражение:

где Tта - длительность активации по типовому алгоритму, Tаа -длительность активации по авторскому алгоритму.

В результате проведенных экспериментальных исследований и расчетов, выполненных с использованием полученных данных, установлено, что использование авторского алгоритма активации ЛТХБ позволяет в 1.5-1.8 раза снизить расход энергоресурса ЛТХБ на ее активацию (при поочередном воздействии на ЛТХБ импульсов разрядного тока и механических вибраций) или в 1.7-2 два раза увеличить скорость активации ЛТХБ (при одновременном воздействии на ЛТХБ импульсов разрядного тока и механических вибраций). Также были проведены эксперименты с использованием авторского алгоритма применительно к тем образцам ЛТХБ, которые имели чрезвычайно высокий уровень внутреннего сопротивления, препятствующего активации ЛТХБ с использованием типовых процедур. В ходе экспериментов около 100 образцов ЛТХБ были подвергнуты активации авторским алгоритмом, в результате чего была восстановлена работоспособность около 45% изделий. По мнению авторов, остальные изделия (55%) полностью потеряли свой энергоресурс, поэтому восстановление их работоспособности было невозможно. Полученные результаты хорошо согласуются с теорией разрушения/дробления кристаллов хлорида под действием механических вибраций электрода (МВЭ) на котором они возникли [Л14]. Таким образом, комплексное/совместное воздействие электрических и механических факторов на ИПХЛ, образующейся на электроде ЛТХБ, значительно повышает эффективность процесса депассивации ЛТХБ, с точки зрения повышения скорости активации и снижения электрической мощности, необходимой для активации ЛТХБ.

Целью полезной модели является повышение коэффициента полезного действия (использования емкости) литий-тионилхлоридной батареи (ЛТХБ), поддерживающей автономную работу технического устройства/системы (ТУС), для увеличения количества передаваемого в нагрузку энергоресурса и снижения потерь емкости ЛТХБ на ее активацию.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известное устройство, состоящее из микроконтроллера (МК), индикатора, разрядной цепи (РЦ), блока контроля параметров батареи (БКПБ), блока тестирования внутреннего сопротивления батареи (БТВСБ), памяти и литий-тионлхлоридной батареи (ЛТХБ), которая своими с первого по третий портами соединена, соответственно, со вторым портом РЦ, со вторым портом БКПБ и со вторым портом БТВСБ, который первым портом соединен с первым портом МК, который своими со второго по пятый портами соединен, соответственно, с первым портом узла БКПБ, с первым портом узла РЦ, со входом индикатора и с портом узла памяти, и выполненное с возможностью мониторинга внутреннего сопротивления литий-тионлхлоридной батареи (ВСБ) в процессе ее эксплуатации, включая регистрацию в памяти начального (при вводе ЛТХБ в эксплуатацию) значения внутреннего сопротивления литий-тионлхлоридной батареи (НЗВСБ), формирования с фиксацией в памяти порогового/допустимого значения внутреннего сопротивления литий-тионлхлоридной батареи (ПЗВСБ), выполнения процедур тестирования ВСБ, фиксации и накопления в памяти измеренных (полученных в процессе тестирования ЛТХБ) текущих значений внутреннего сопротивления ЛТХБ (ТЗВСБ), обработки накопленных в памяти значений ТЗВСБ и определения степени деградации (потери работоспособности) ЛТХБ по величине ее внутреннего сопротивления на основе сравнения величин ТЗВСБ и ПЗВСБ, автоматического запуска процедуры активации ЛТХБ, предусматривающей воздействие на нее импульсом разрядного тока (ИРТ) с необходимыми параметрами (величиной тока и временем его действия), например, установленными/рекомендованными производителем ЛТХБ, при достижении ТЗВСБ уровня, превышающего ПЗВСБ, отображения на индикаторе значений электрических параметров ЛТХБ, включая ТЗВСБ и уровень выходного напряжения ЛТХБ, дополнительно в его состав введены драйвер вибромотора (ДВМ) и миниатюрный вибромотор (МВМ), который своим портом соединен со вторым портом ДВМ, который первым портом соединен с шестым портом МК, при этом, узел МВМ выполнен с возможностью конструктивного сочленения/соединения с ЛТХБ и создания механических вибраций ЛТХБ с интенсивностью достаточной для разрушения изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), которая образуется на электроде ЛТХБ в процессе ее пассивации, кроме того, узел МК функционирует по программе, обеспечивающей возможность управления процедурой активации ЛТХБ, включая формирование параметров/значений электрических активирующих воздействий (ЭАВ) на ЛТХБ, изменяемых по величине и длительности разрядного тока, и механических активирующих воздействий (МАВ) на ЛТХБ, изменяемых по интенсивности/уровню вибраций и длительности/времени их действия, необходимых/направленных для разрушения изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), которая возникает/образуется на электроде ЛТХБ в процессе ее эксплуатации, формирование различных алгоритмов активации ЛТХБ, обеспечивающих комбинаторное (последовательное/поочередное или одновременное) воздействие типа ЭАВ и МАВ на упомянутую ИПХЛ на электроде ЛТХБ, формирование ЭАВ в виде серии импульсов разрядного тока ЛТХБ нарастающей интенсивности по величине тока и/или длительности его воздействия и формирование МАВ в виде серии периодических/прерывистых механических вибраций нарастающей интенсивности, создаваемых узлом МВМ, контроля электрических параметров ЛТХБ на каждом цикле ЭАВ и МВМ, включая измерение ТЗВСБ и величины/уровня выходного напряжения ЛТХБ в процессе ее активации с использованием ЭАВ и МАВ, прекращения/завершения процедуры активации ЛТХБ при достижении ее электрических параметров допустимым значениям (например, достижения ТЗВСБ<ПЗВСБ), вывода на индикатор сообщения о неисправности ЛТХБ и необходимости ее замены (например, «ЛТХБ - неисправна и восстановлению не подлежит») в случае, когда после завершения процедуры ее активации с помощью ЭАВ и МАВ по различным алгоритмам активации ЛТХБ, включая одновременное воздействие на ЛТХБ ЭАВ и МАВ, установлено, что электрические параметры ЛТХБ находятся за пределами допустимых значений (например, ТЗВСБ превышает ПЗВСБ и/или выходное напряжение ЛТХБ не достигает требуемого значения.

Функциональная схема устройства электромеханической депассивации литий-тионилхлоридной батареи (далее - устройство) представлена на фиг. 2. Устройство (фиг. 2) состоит из микроконтроллера (МК) 1, индикатора 2, разрядной цепи (РЦ) 3, блока контроля параметров батареи (БКПБ) 4, блока тестирования внутреннего сопротивления батареи (БТВСБ) 5, памяти 6, драйвера вибромотора (ДВМ) 9, миниатюрного вибромотора (МВМ) 10 и литий-тионлхлоридной батареи (ЛТХБ) 8, которая своими с первого по третий портами соединена, соответственно, со вторым портом РЦ 3, со вторым портом БКПБ 4 и со вторым портом БТВСБ 5, который первым портом соединен с первым портом МК 1, который своими со второго по шестой портами соединен, соответственно, с первым портом узла БКПБ 4, с первым портом узла РЦ 3, со входом индикатора 2, с портом узла памяти 6 и с первым портом ДМВ 9, который вторым портом соединен с портом МВМ 10. При этом, устройство выполнено с возможностью мониторинга внутреннего сопротивления литий-тионлхлоридной батареи 8 (ВСБ) в процессе ее эксплуатации, формирования с фиксацией в памяти 6 порогового значения внутреннего сопротивления литий-тионлхлоридной батареи 8 (ПЗВСБ), выполнения процедур тестирования ВСБ, фиксации и накопления в памяти 6 измеренных (полученных в процессе тестирования ЛТХБ 8) текущих значений внутреннего сопротивления литий-тионлхлоридной батареи 8 (ТЗВСБ), обработки накопленных в памяти 6 значений ТЗВСБ и определения степени деградации (потери работоспособности) ЛТХБ 8 по величине ее внутреннего сопротивления на основе сравнения ТЗВСБ с ПЗВСБ, отображения на индикаторе 2 состояния ЛТХБ 8, соответствующего работоспособности или потери ее работоспособности, если после выполнения процедуры активации ВСБ и/или выходное напряжение ЛТХБ 8 находится, соответственно, в допустимых пределах или за ее пределами. Кроме того, узел МВМ 10 выполнен с возможностью конструктивного сочленения/соединения с ЛТХБ 8 и создания механических вибраций ЛТХБ 8 с интенсивностью достаточной для разрушения изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), которая образуется на электроде ЛТХБ 8 в процессе ее пассивации, узел МК 1 функционирует по программе, обеспечивающей возможность управления процедурой активации ЛТХБ 8, включая формирование параметров/значений электрических активирующих воздействий (ЭАВ) на ЛТХБ 8, изменяемых по величине и длительности разрядного тока, и механических активирующих воздействий (МАВ) на ЛТХБ 8, изменяемых по интенсивности вибраций и длительности/времени их действия, направленных на разрушения изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), которая возникает/образуется на электроде ЛТХБ 8 в процессе ее эксплуатации, формирование различных алгоритмов активации ЛТХБ 8, обеспечивающих комбинаторное (последовательное/поочередное или одновременное) воздействие типа ЭАВ и МАВ на упомянутую ИПХЛ на электроде ЛТХБ 8, формирование ЭАВ в виде серии импульсов разрядного тока ЛТХБ 8 нарастающей интенсивности по величине тока и/или длительности его воздействия и формирование МАВ в виде серии периодических/прерывистых механических вибраций нарастающей интенсивности, создаваемых узлом МВМ 10, контроля электрических параметров ЛТХБ 8 в каждом цикле ЭАВ и МАВ на ЛТХБ 8, включая измерение ТЗВСБ и величины/уровня выходного напряжения ЛТХБ 8, в процессе ее активации с использованием ЭАВ и МАВ, прекращения/завершения процедуры активации ЛТХБ 8 при достижении ее электрических параметров допустимым значениям (например, достижения ТЗВСБ<ПЗВСБ), вывода на индикатор сообщения о неисправности ЛТХБ 8 и необходимости ее замены (например, «ЛТХБ 8 - неисправна и восстановлению не подлежит») в случае, когда после завершения процедуры ее активации с помощью применения ЭАВ и МАВ установлено, что электрические параметры ЛТХБ 8 находятся за пределами допустимых значений, например, ТЗВСБ превышает ПЗВСБ и/или выходное напряжение ЛТХБ 8 уменьшилось до критического значения.

Устройство (фиг. 2) функционирует следующим образом. В данном устройстве узлы индикатора 2, РЦ 3, БКПБ 4, БТВСБ 5 и памяти 6 работают также, как и в устройстве-прототипе. В исходном узлы РЦ 3, БТВСБ 5, ДМВ 9 и МВМ 10 выключены, узлом БКПБ 4 под управлением МК 1 осуществляется контроль электрических параметров (например, уровня выходного напряжения) ЛТХБ 8. Периодически, например, один раз в неделю, запускается процедура тестирования ВСБ, которая проводится под управлением МК 1 с включением/использованием узлов РЦ 3 и БТВСБ 5. Далее, аналогично как в устройстве-прототипа, осуществляется обработка накопленных в памяти 6 значений ВС ЛТХБ 8 и определение степени деградации (потери работоспособности) ЛТХБ 8 по величине ее текущего значения внутреннего сопротивления. Измеренное в процессе тестирования ЛТХБ 8 текущее значение внутреннего сопротивления батареи (ТЗВСБ) сравнивается с пороговым/допустимым значением (ПЗВСБ). Если ТЗВСБ превышает ПЗВСБ, то осуществляется автоматический запуск процедуры активации ЛТХБ 8, иначе считается, что ЛТХБ 8 - работоспособна и ее депассивации не осуществляется. Процедура активации ЛТХБ 8 выполняется под управлением узла МК 1, который функционирует по программе, обеспечивающей возможность комбинированного воздействия на состояние ЛТХБ 8 как серией импульсов разрядного тока нарастающей интенсивности (ИРТНИ) (по величине тока и длительности его воздействия), так и/или серией периодических/прерывистых механических вибраций 11 нарастающей интенсивности (МВНИ). Для этого узел МВМ 10 выполнен с возможностью конструктивного сочленения/соединения с ЛТХБ 8 и создания механических вибраций 11 в ЛТХБ 8 с интенсивностью достаточной для разрушения изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), которая образуется на электроде ЛТХБ 8 в процессе ее пассивации. При выполнении процедуры активации ЛТХБ 8 вместо постоянного разрядного тока (как в устройстве-прототипе) применяется комбинаторное воздействие на ИПХЛ, образованной на электроде ЛТХБ 8, с помощью ИРТНИ и/или МВНИ. Применение ИРТНИ вместо постоянного ИРТ снижает токовую нагрузку на ЛТХБ 8 (уменьшает расход энергоресурса). Комбинация электрического и механического воздействия на ИПХЛ, вызвавшей пассивацию ЛТХБ 8, позволяет существенно повысить эффективность активации ЛТХБ 8, с точки зрения снижения затрат энергоресурса ЛТХБ 8 на поддержание ее в исправном состоянии, особенно, при нахождении ЛТХБ 8 в состоянии глубокой пассивации, когда толщина и сопротивление ИПХЛ, образовавшейся на электроде ЛТХБ 8, имеет высокое значение, препятствующее активации типовым способом (применением паспортных режимов активации ЛТХБ 8). В процессе активации ЛТХБ 8 осуществляется измерение ее электрических параметров, включая ТЗВСБ и уровень ее выходного напряжения. На каждом цикле ЭАВ и МВМ осуществляется контроль электрических параметров ЛТХБ 8, включая измерение ТЗВСБ и величины/уровня выходного напряжения ЛТХБ 8. На основе обработки электрических параметров ЛТХБ 8, полученных в процессе ее активации, принимается решение о состоянии уровня работоспособности ЛТХБ 8. Если в процессе активации ЛТХБ 8 ее ТЗВСБ снижается до величины, не превышающей ПЗВСБ, и уровень выходного напряжения ЛТХБ 8 находится в допустимых пределах, то принимается решение о том, что работоспособность ЛТХБ 8 восстановлена и процедура ее активации прекращается. Если после завершения процедуры активации ЛТХБ 8 с использованием комплексного на нее воздействия посредством ЭАВ и МАВ установлено, что ТЗВСБ не снизилось до допустимого значения (до величины, не превышающей ПЗВСБ) и/или при этом выходное напряжение ЛТХБ 8 деградировало/уменьшилось до критического значения, то процедура активации и тестирования прекращается и на индикатор выводится сообщение о том, что ЛТХБ 8 неисправна и восстановлению не подлежит. В предлагаемом объекте восстановление работоспособности ЛТХБ 8 предлагается осуществлять путем разрушения ИПХЛ, возникающей на электроде ЛТХБ 8, с использованием комбинированного (одновременного/поочередного) воздействия на ЛТХБ ЭАВ/ИРТНИ и МАВ/МВНИ.

Как показали экспериментальные исследования, применение комплекса электрических и механических воздействий на ЛТХБ 8 позволяет разрушить образовавшуюся на ее электроде ИПХЛ и активировать ЛТХБ 8 при более низких (по сравнению с прототипом) энергетических затратах, повысить скорость активации (уменьшить время активации) и депассивировать/восстановить работоспособность ЛТХБ 8, которая подверглась воздействию ЭГПБ, что позволяет успешно решить поставленную задачу, связанную с повышением надежности и длительности автономной работы ТУС, электропитание которых осуществляется от ЛТХБ 8.

В предлагаемом устройстве электромеханической депассивации литий-тионилхлоридной батареи (далее - устройство) обеспечивается следующее сочетание отличительных признаков и свойств.

В состав устройства дополнительно введены драйвер вибромотора (ДВМ) и миниатюрный вибромотор (МВМ), который своим портом соединен со вторым портом ДВМ, который первым портом соединен с шестым портом МК.

Узел МВМ выполнен с возможностью конструктивного сочленения/соединения с ЛТХБ и создания механических вибраций ЛТХБ с интенсивностью достаточной для разрушения изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), которая образуется на электроде ЛТХБ в процессе ее пассивации.

Узел МК функционирует по программе, обеспечивающей возможность управления процедурой активации ЛТХБ, включая формирование параметров/значений электрических активирующих воздействий (ЭАВ) на ЛТХБ, изменяемых по величине и длительности разрядного тока, и механических активирующих воздействий (МАВ) на ЛТХБ, изменяемых по интенсивности/уровню вибраций и длительности/времени их действия, необходимых/направленных для разрушения изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), которая возникает/образуется на электроде ЛТХБ в процессе ее эксплуатации, формирование различных алгоритмов активации ЛТХБ, обеспечивающих комбинаторное (последовательное/поочередное или одновременное) воздействие типа ЭАВ и МАВ на упомянутую ИПХЛ на электроде ЛТХБ, формирование ЭАВ в виде серии импульсов разрядного тока ЛТХБ нарастающей интенсивности по величине тока и/или длительности его воздействия и формирование МАВ в виде серии периодических/прерывистых механических вибраций нарастающей интенсивности, создаваемых узлом МВМ, контроля электрических параметров ЛТХБ, включая измерение ТЗВСБ и величины/уровня выходного напряжения ЛТХБ, в процессе ее активации с использованием ЭАВ и МАВ, прекращения/завершения процедуры активации ЛТХБ при достижении ее электрических параметров допустимым значениям (например, достижения ТЗВСБ<ПЗВСБ).

Вывода на индикатор сообщения о неисправности ЛТХБ и необходимости ее замены, например, «ЛТХБ - неисправна и восстановлению не подлежит» в случае, когда после завершения процедуры ее активации с помощью ЭАВ и МАВ установлено, что электрические параметры ЛТХБ находятся за пределами допустимых значений, например, ТЗВСБ превышает ПЗВСБ и/или выходное напряжение ЛТХБ уменьшилось до критического значения.

Введение и использование указанных признаков и свойств позволяет существенно повысить коэффициент полезного действия ЛТХБ 8, с точки зрения использования ее энергоресурса для электропитания нагрузки 7, поскольку обслуживание ЛТХБ 8, включая ее тестирование и активацию, может быть выполнено более эффективно.

Техническим результатом (TP), достигаемым в данном техническом решении, является повышение эффективности использования энергоресурса ЛТХБ (увеличения количества энергии ЛТХБ, передаваемой в нагрузку) за счет снижения потерь энергоресурса ЛТХБ на ее активацию и снижения влияния на работоспособность ЛТХБ эффекта глубокой пассивации (восстановления работоспособности глубоко пассивированной ЛТХБ), что в свою очередь достигается за счет применения механических воздействий в сочетании/в комбинации с электрическими воздействиями (выполняемыми поочередно или одновременно) на ИПХЛ, которая образуется на электроде ЛТХБ.

В результате использования предлагаемого технического решения достигается существенное повышение эффективности процедуры активации ЛТХБ, что выражается в снижении энергетических затрат на выполнение этой процедуры, сокращении времени активации ЛТХБ и возможности восстановления работоспособности ЛТХБ после воздействия на нее ЭГПБ.

Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого устройства электро-механической депассивации литий-тионилхлоридной батареи из техники не известно, поэтому оно соответствует критерию новизны. При этом, для достижения максимального эффекта по повышению коэффициента полезного действия литий-тионилхлоридной батареи (ЛТХБ), увеличения количества энергоресурса, передаваемого от ЛТХБ в нагрузку и снижения энергетических потерь ЛТХБ, расходуемых на ее активацию, необходимо использовать всю совокупность отличительных признаков и свойств, указанных выше.

Новой функцией заявленного объекта является возможность восстановления работоспособности глубоко пассивированной ЛТХБ (после воздействия ЭГПБ), которая не может быть активирована воздействием на нее только лишь импульсом разрядного электрического тока, особенно, с применением параметров (величиной тока и временем его действия), рекомендованных фирмой-производителем ЛТХБ (как это предусмотрено в устройстве-прототипе), в случаях ее «глубокой пассивации», когда происходит значительное увеличение внутреннего сопротивления батареи Rбат, при котором мощности, необходимой для разрушения ИПХЛ, образованной на электродах ЛТХБ, становится недостаточно. В устройстве-прототипе используется типовой алгоритм активации ЛТХБ, предусматривающий принудительный ее разряд током активации Iа, который определяется выражением:

- Uбат - напряжение ЛТХБ, Ra - сопротивление цепи активации ЛТХБ, равное сумме внутреннего сопротивления Rбат и сопротивления, ограничивающего ток разряда батареи Ro.

Мощность активации ЛТХБ равна:

- Iа - ток разряда ЛТХБ, при котором обеспечивается ее активация. Из выражений (5) и (6) видно, что Ра зависит от выходного напряжения ЛТХБ и ее внутреннего сопротивления Rбат. Как правило, Rбат<<Ro, что позволяет успешно выполнять активацию ЛТХБ. Однако, в процессе пассивации ЛТХБ может происходить значительное увеличение R6aT (при глубокой пассивации Rбат>Ro), что влечет уменьшение Ра и затрудняет осуществить активацию ЛТХБ даже при установке Ro=0. Это приводит к тому, что восстановление работоспособности ЛТХБ в устройстве-прототипе становится невозможным, в то время когда энергоресурс батареи полностью не израсходован (ЛТХБ не разряжена, ее ресурс «запечатан» и недоступен для дальнейшего использования - электропитания нагрузки/ТУС). Однако, использование предлагаемого технического решения позволяет повысить надежность активации ЛТХБ за счет использования дополнительного фактора - воздействия на ИПХЛ механических вибраций, которые выступающих/играющих роль катализатора токообразующей реакции на электродах ЛТХБ. В результате совместного/комплексного действия Ра и механических вибраций процесс разрушения ИПХЛ может происходить при более низких токовых нагрузках на ЛТХБ. Это позволяет, с одной стороны, снизить расход энергоресурса на активацию ЛТХБ, и с другой стороны, выполнять активацию ЛТХБ после воздействия на нее ЭГПБ («распечатать» батарею и получить доступ ко всему ее энергоресурсу). Использование предлагаемого технического решения обеспечивает повышение коэффициента полезного действия ЛТХБ (КПДБ) - ξ характеризующего соотношение количества энергии ЛТХБ передаваемой в нагрузку к ее общему количеству. Поскольку количество энергии потерь, связанных с затратами на активацию снижаются и возможность использования энергоресурса даже при глубоких уровнях пассивации ЛТХБ обеспечивается, то это приводит к росту показателя ξ. Повышение КПДБ позволяет успешно решить поставленную задачу, связанную с увеличением эффективности использования энергоресурса ЛТХБ для обеспечения высокого уровня безотказной и длительной автономной работы ТУС.

Обобщенный алгоритм функционирования предлагаемого устройства электро-механической депассивации литий-тионилхлоридной батареи может быть представлен в следующем виде.

Начало;

Шаг-1: инициализация МК 1, активация системы мониторинга ВСБ через заданное время, переход к шагу-2;

Шаг-2: запуск процедуры тестирования ВСБ под управлением МК 1 с использованием узлов РЦ 3 и БТВСБ 5, переход к шагу-3;

Шаг-3: обработка результатов измерений ВСБ и напряжения ЛТХБ 8, вывод полученных данных на индикатор 2 и переход к шагу-4;

Шаг-4: проверка: ТЗВСБ<ПЗВСБ? - Если да, то - переход к шагу-1, если нет, то переход к шагу-5;

Шаг-5: запуск процедуры активации с использованием алгоритмов электрического и механического воздействия на ЛТХБ 8, переход к шагу 6;

Шаг-6: проверка на каждом цикле активирующих воздействий ЛТХБ 8: ТЗВСБ<ПЗВСБ? - Если да, то - переход к шагу-1, если нет, то переход к шагу-7;

Шаг-7: модификация алгоритма активации и продолжение активации ЛТХБ 9, переход к шагу-8;

Шаг-8: проверка на каждом цикле активирующих воздействий ЛТХБ 8: ТЗВСБ<ПЗВСБ ? - Если да, то - переход к шагу-1, если нет, то переход к шагу-9;

Шаг-9: проверка: процедура активации завершена? - Если нет, то возврат к шагу-7, если да, то переход к шагу 10

Шаг-10: проверка: ТЗВСБ<ПЗВСБ? - Если да, то - переход к шагу-11, если нет, то переход к шагу-12;

Шаг-11: вывод на индикатор сообщения об исправности ЛТХБ 8, отображение ТЗВСБ и уровня напряжения на ЛТХБ 8, переход к шагу-1;

Шаг-12: завершение работы: вывод на индикатор сообщения об неисправности ЛТХБ 8 и необходимости ее замены, отображение ТЗВСБ и уровня напряжения на ЛТХБ 8, выключение системы мониторинга ЛТХБ 8;

Конец.

Узлы МК 1, индикатора 2, РЦ 3, БКПБ 4, БТВСБ 5, памяти 6 и ЛТХБ 8 могут быть аналогичными соответствующим признакам устройства-прототипа и не требуют значительной доработки при реализации предлагаемого технического решения.

В качестве узла МВМ 10 могут быть использованы изделия типа миниатюрных вибромоторов, известных из [Л15], которые отличаются тем, что при низком уровне питающего напряжения (2.2-3.6 В), миниатюрности и малом весе могут обеспечивать механические вибрации корпуса ЛТХБ 8 с интенсивностью, достаточной для разрушения ИПХЛ на ее электроде.

Узел ДМВ 9 может быть реализован на основе использования микросхем драйверов двигателей постоянного тока типа ВА6208 производства компании ROHM [Л16], отличающихся наличием встроенных мощных транзисторов, работой в режиме торможения, имеющих защиту от бросков тока, работающих в широком диапазоне питающих напряжений (4,5-15 В) и управляемых непосредственно ТТЛ-уровнями.

Для реализации узлов предлагаемого устройства с необходимыми признаками, свойствами и обеспечения функционирования узла МК 1 по требуемым алгоритмам, также могут быть использованы решения и программные процедуры, известные из авторских программ для ЭВМ [Л17-Л20] и авторских технических решений [Л21-Л32].

На основе приведенных данных можно заключить, что предлагаемая полезная модель устройства электро-механической депассивации литий- тионилхлоридной батареи, за счет использования указанных выше отличительных признаков и свойств и реализации достигаемого технического результата, позволяет решить поставленную задачу, связанную с повышением эффективности использования энергоресурса ЛТХБ для обеспечения высокого уровня безотказной и длительной автономной работы ТУС, получающих электропитание от ЛТХБ.

Приведенные средства, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, позволяют обеспечить ее промышленную применимость.

Основные узлы предлагаемого технического решения экспериментально испытаны и могут быть использованы при создании серийных образцов. Производимые устройства, соответствующие предлагаемому техническому решению, могут быть использованы для обслуживания литиевых, преимущественно, литий-тионилхлоридных батарей, используемых, для обеспечения работы ТУС, функционирующих в автономном режиме с электропитанием от ХИТ типа ЛТХБ.

Таким образом, разработанное авторами техническое решение обеспечивает эффективное решение поставленной задачи, связанной с повышением эффективности использования энергоресурса ЛТХБ для обеспечения высокого уровня безотказной и длительной автономной работы ТУС, получающих электропитание от ЛТХБ.

Предлагаемое техническое решение будет востребовано широким кругом пользователей различных устройств и систем, функционирующих с использованием автономных ХИТ типа ЛТХБ. Использование устройства электро-механической депассивации литий-тионилхлоридной батареи обеспечивает возможность сохранения высокого уровня работоспособности ЛТХБ, что повышает надежность и длительность автономного функционирования как потребительской РЭА, так и техники специального назначения.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Литиевые первичные тионил-хлоридные батареи, http://www.proelectro.ru

2. Продукция компании SCHOTT Electronic Packaging Home и области применения, http://www.schott.com/epackaging/russian/auto/others/battery.html

3. Пассивация в гальванических элементах, http://www.rusilicon.net/elements/passivaciya-v-galvanicheskix-elementax.html

4. Коэффициент полезного действия, https://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%EE%FD%F4%F4%E8%F6%E8%E5%ED%F2_%EF%EE%EB%E5%E7%ED%EE%E3%EE_%E4%E5%E9%F1%F2%E2%E8%FF

5. Статья Л. Вихарева «Особенности эксплуатации литиевых батарей», http://www.kit-e.ru/articles/powersource/2006_4_160.php

6. Пассивация химических источников тока, http://www.ekohit.ru

7. Патент на полезную модель №83657 «Резервированный блок электроники для литий-ионной аккумуляторной батареи», дата публикации 10.06.2009 г.

8. Устройство тестирования и активации литий-тионилхлоридной батареи, Патент №127520, дата регистрации 27.04.2013 г

9. Особенности работы литий-тионилхлоридных батарей, http://catethysis.ru/lisocl2-batteries-tips/

10. Литиевые батарейки, тионилхлорид, http://xn80--aabspfh9bq.xn--plai/lithium.php

11. И вновь о правильном питании, или некоторые особенности эксплуатации литиевых батарей, http://www.kit-e.ru/articles/powersource/2006_4_160.php

12. Коррозионные процессы на литии в электролитах химических источников тока, Диссертации по физике, математике и химии, http://fizmathim.com/korrozionnye-protsessy-na-litii-v-elektrolitah-himicheskih-istochnikov-toka

13. Батареи и аккумуляторы компании ЕЕМВ, http://www.terrahttp://electronica.ru/images/notes/EK2010_08_4.pdf

14. Механические методы активации химических процессов, http://www.allbeton.ru/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%

15. Миниатюрный вибромотор, Mini vibration, Seed Technology Inc., http://www.electronshik.ru/card/miniatyurniy-vibromotor-115391

16. Микросхемы драйверов реверсируемых двигателей постоянного тока фирмы ROHM, http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/publ/powersuply/rohm_revers.htm

17. Программа для ЭВМ «Драйвер светоиндикаторного устройства», Свидетельство о государственной регистрации №2011610487 от 13.11.2010 г., правообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ

18. Программа для ЭВМ «Программа автоматизированной обработки данных», Свидетельство о государственной регистрации №2009613019 от 10.06.2009 г., правообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ

19. Программа для ЭВМ «Менеджер сенсора». Свидетельство о государственной регистрации №2009610444 от 20.11.2008 г., правообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ

20. Программа для ЭВМ «Программа приема и обработки аналоговых сигналов», Свидетельство о государственной регистрации №2011610486 от 11.01.2011 г., правообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ

21. Патент на изобретение №2289856 «Устройство индикации» от 20.12.2006 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ

22. Патент на полезную модель №98641 «Устройство заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности» от 20.10.2010 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ

23. Патент на полезную модель №114226 «Устройство обслуживания аккумулятора и контроля его работоспособности» от 10.03.2012 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ

24. Патент на полезную модель №114227 «Устройство заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок» от 10.03.2012 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ

25. Патент на полезную модель №114228 «Устройство заряда элемента аккумулятора с ограничением и сигнализацией его токовых перегрузок» от 10.03.2012 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ.

26. Патент на полезную модель №124443 «Устройство дифференцированного управления автономным электропитанием портативной радиоэлектронной аппаратуры» от 20.01.2013 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ.

27. Патент на полезную модель №124983 «Устройство защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок» от 20.02.2013 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ.

28. Патент на полезную модель №126513 «Устройство депассивации литий-тионилхлоридной батареи» от 27.03.2013 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ.

29. Патент на полезную модель №126514 «Устройство активации и контроля работоспособности литиевой батареи» от 27.03.2013 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ.

30. Патент на полезную модель №127521 «Устройство контроля электрических параметров и управления режимом заряда литиевой аккумуляторной батареи» от 27.04.2013 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ.

31. Патент на полезную модель №133370 «Система индуктивной зарядки аккумуляторной батареи портативного прибора» от 10.10.2013 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ.

32. Патент на полезную модель №133370 «Устройство беспроводной зарядки аккумуляторной батареи электронного прибора комбинированным автономным источником электроэнергии» от 27.01.2014 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ.

Claims (1)

1. Устройство электромеханической депассивации литий-тионилхлоридной батареи, состоящее из микроконтроллера (МК), индикатора, разрядной цепи (РЦ), блока контроля параметров батареи (БКПБ), блока тестирования внутреннего сопротивления батареи (БТВСБ), памяти и литий-тионлхлоридной батареи, которая своими с первого по третий портами соединена, соответственно, со вторым портом РЦ, со вторым портом БКПБ и со вторым портом БТВСБ, который первым портом соединен с первым портом МК, который своими со второго по пятый портами соединен, соответственно, с первым портом БКПБ, с первым портом РЦ, со входом индикатора и с портом памяти, и выполненное с возможностью мониторинга внутреннего сопротивления литий-тионлхлоридной батареи (ВСБ) путем измерения текущего значения внутреннего сопротивления литий-тионлхлоридной батареи (ТЗВСБ), его обработки и определения уровня работоспособности ЛТХБ на основе сравнения величины ТЗВСБ с величиной порогового значения внутреннего сопротивления литий-тионлхлоридной батареи (ПЗВСБ), автоматического запуска процедуры активации ЛТХБ в случаях достижении ТЗВСБ уровня, превышающего ПЗВСБ, и отображения электрических параметров ЛТХБ на индикаторе, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены драйвер вибромотора (ДВМ) и миниатюрный вибромотор (МВМ), который своим портом соединен со вторым портом ДВМ, который первым портом соединен с шестым портом МК, при этом узел МВМ выполнен с возможностью конструктивного соединения с ЛТХБ и осуществления ее механических вибраций, направленных на разрушение изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), которая образуется на электроде ЛТХБ в результате ее пассивации, кроме того, узел МК функционирует по программе, обеспечивающей возможность управления процедурой активации ЛТХБ, включая формирование параметров электрических активирующих воздействий (ЭАВ) на ЛТХБ в виде изменяемых по величине и длительности действия импульсов разрядного тока и формирование параметров механических активирующих воздействий (МАВ) на ЛТХБ в виде изменяемых по интенсивности и длительности действия механических вибраций, применение к ЛТХБ различных алгоритмов ее активации в виде серии последовательных и/ или одновременных воздействий типа ЭАВ и МАВ, направленных на разрушение упомянутой ИПХЛ, контроля ТЗВСБ и уровня выходного напряжения ЛТХБ в каждом цикле воздействий на нее ЭАВ и/ или МАВ, прекращения активации ЛТХБ при достижении ТЗВСБ < ПЗВСБ, вывода на индикатор сообщения о неисправности ЛТХБ и необходимости ее замены в случаях, когда после завершения процедуры активации с применением к ЛТХБ комплексного воздействия ЭАВ и МАВ, ее ТЗВСБ превышает ПЗВСБ и/ или выходное напряжение ЛТХБ находится за пределами допустимых значений.

   

Images